氫化丁腈橡膠/氫化羧基丁腈橡膠并用膠在汽車同步帶中的應用研究

王滕滕

（寧波裕江特種膠帶有限公司，浙江 寧波 315000）

汽車同步帶是一種用在發動機內部靠齒嚙合起傳動作用的汽車零部件，氫化丁腈橡膠（HNBR）以其優異的耐油、耐高溫、耐磨和耐臭氧性能，成為制備汽車同步帶的首選膠種[1]。汽車同步帶主要由橡膠基體、骨架材料（如玻璃線繩）和外層帆布組成，橡膠基體與骨架材料和帆布的粘合力在很大程度上決定了汽車同步帶的使用壽命。雖然HNBR的綜合性能較好，但單獨使用還難以滿足高檔汽車對同步帶性能的要求。

氫化羧基丁腈橡膠（HXNBR）是一種新型合成橡膠，其結構中含有羧基，能與骨架材料或帆布表面基團形成氫鍵，從而提高其粘合性能。將HXNBR與HNBR并用，可以在一定程度上提高汽車同步帶膠料與骨架材料或帆布的粘合性能，但目前還未見相關報道。

本工作研究HNBR/HXNBR并用比、硫化劑過氧化二異丙苯（DCP）用量以及混煉工藝對汽車同步帶膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

HNBR，牌號3446，丙烯腈質量分數為0.34，門尼粘度[ML（1+4）100 ℃]為63；HXNBR，牌號XT VP KA8889，門尼粘度[ML（1+4）100 ℃]為79，德國朗盛化學公司產品。氧化鋅和硬脂酸，上海京華化工有限公司產品。增塑劑D810，山東齊魯增塑劑股份有限公司產品。炭黑N550，美國卡博特炭黑有限公司產品。間苯二酚甲醛膠乳（RFL）處理的高強度玻璃線繩，日本板硝子（蘇州）公司產品。浸漬尼龍帆布，英國產品。

1.2 主要設備與儀器

S（X）K-160A型雙輥開煉機和QLB-D 350×350×2型平板硫化機，上海橡膠機械廠產品；L-5L型密煉機，佰弘機械（上海）有限公司產品；MV2-90E型智能電腦型門尼粘度儀，蠡園電子化工設備廠產品；GT-M2000-A型無轉子硫化儀和GT-AI7000-M型電子拉力機，高鐵科技股份有限公司產品；邵氏A型硬度測定儀，上海化工機械四廠產品。

1.3 配方

HNBR/HXNBR 100，炭黑N550 60，氧化鋅 5，硬脂酸 1，增塑劑D810 10，防老劑ODA 2，助交聯劑HVA-2 3，硫化劑DCP 變量。

1.4 試樣制備

本工作選擇5種混煉工藝，探索混煉方式和排膠溫度對膠料性能的影響。

1.4.1 混煉工藝1

膠料混煉在開煉機上進行，開煉機輥距調至1 mm，工藝為：HNBR和HXNBR分別薄通、塑煉→ HNBR和HXNBR混煉→薄通→打三角包7次→氧化鋅、硬脂酸和防老劑→炭黑和增塑劑→硫化劑和助交聯劑→左右割刀→翻煉2次→薄通→打三角包4次→下片。混煉時間約20 min。

1.4.2 混煉工藝2

一段混煉在開煉機上進行，二段混煉在密煉機中進行。

一段混煉開煉機輥距調至1 mm，工藝為：HNBR和HXNBR分別薄通、塑煉→HNBR和HXNBR混煉→薄通→打三角包7次→下片。

二段混煉密煉室初始溫度為80 ℃，轉子轉速為80 r·min-1。工藝為：一段混煉膠→氧化鋅、硬脂酸和防老劑→炭黑C90°增塑劑C100°硫化劑和助交聯劑→排膠（溫度110 ℃）。

1.4.3 混煉工藝3

除排膠溫度120 ℃外，其它工藝同混煉工藝2。

1.4.4 混煉工藝4

除排膠溫度130 ℃外，其它工藝同混煉工藝2。

1.4.5 混煉工藝5

除排膠溫度140 ℃外，其它工藝同混煉工藝2。以上混煉膠停放16 h后進行硫化，硫化膠停放24 h后進行性能測試。

1.5 性能測試

帆布粘合力：將表面處理過的尼龍帆布與混煉膠疊放在一起硫化，然后用電子拉力機測試剝離力，取剝離力的平均值作為粘合力。

膠料其他性能均按照相應國家標準進行測試。

2 結果與分析

2.1 HNBR/HXNBR并用比對膠料性能的影響

采用混煉工藝1制備膠料，HNBR/HXNBR并用比對膠料性能的影響見表1。從表1可以看出：隨著HNBR/HXNBR并用比減小，HXNBR用量增大，膠料FL提高，這是由于HXNBR門尼粘度大于HNBR的緣故；Fmax提高，交聯密度增大；tc90縮短，硫化速度加快；硬度、定伸應力和拉伸強度提高，拉斷伸長率降低，耐熱老化性能改善，這也是由于交聯密度增大的緣故；玻璃線繩H抽出力變化不大，尼龍帆布粘合力增大，這是由于HXNBR中的羧基不與玻璃線繩表面基團交聯，因此二者的粘合力僅與硫化劑用量有關，而尼龍帆布表面基團可與HXNBR中的羧基形成氫鍵，因此HXNBR用量越大，二者粘合力越大。

表1 HNBR/HXNBR并用比對膠料性能的影響

綜合考慮膠料性能和性價比，HNBR/HXNBR并用比優選為70/30。

2.2 硫化劑DCP用量對膠料性能影響

采用混煉工藝1制備膠料，硫化劑DCP用量對膠料性能的影響見表2。從表2可以看出：隨著硫化劑DCP用量增大，膠料FL變化不大，Fmax提高，交聯密度增大；tc90縮短，硫化速度加快；硬度和定伸應力提高，拉斷伸長率降低，這也是由于交聯密度增大的緣故；拉伸強度和耐熱老化性能先提高后降低，這是由于交聯密度過大時，橡膠大分子鏈運動受阻，導致應力集中，從而使交聯網絡受到破壞。

表2 硫化劑DCP用量對膠料性能的影響

綜合來看，HNBR/HXNBR并用比為70/30，硫化劑DCP用量為7份時，膠料綜合性能較好。

2.3 混煉工藝對膠料性能的影響

混煉工藝對膠料性能的影響見表3。從表3可以看出：5種混煉工藝制備的膠料物理性能基本相當；在采用開煉/密煉的4種混煉工藝中（混煉工藝2～5），隨著排膠溫度提高，ts2和t5縮短，這對膠料加工安全性能不利。總的來看，采用混煉工藝1（開煉）和混煉工藝2（開煉/密煉，排膠溫度110 ℃）的膠料焦燒時間較長，加工安全性能較好。

表3 混煉工藝對膠料性能的影響

3 結論

（1）隨著HXNBR用量增大，膠料交聯密度增大，硫化速度加快；硬度、定伸應力和拉伸強度提高，拉斷伸長率降低，耐熱老化性能改善；玻璃線繩H抽出力變化不大，尼龍帆布粘合力增大，有利于延長汽車同步帶使用壽命。

（2）隨著硫化劑DCP用量增大，膠料交聯密度增大，硫化速度加快；硬度和定伸應力提高，拉斷伸長率降低，拉伸強度和耐熱老化性能先提高后降低。HNBR/HXNBR并用比為70/30，硫化劑DCP用量為7份時，膠料綜合性能較好。

（3）混煉工藝對膠料物理性影響不大，采用開煉工藝和開煉/密煉工藝（排膠溫度110 ℃）的膠料加工安全性能較好。