氧化鋅與活性氧化鋅對汽車發(fā)動機(jī)懸置膠料及成品性能的影響

徐 燕，郝偉剛，張 鵬，高丙托

（保定威奕汽車有限公司 河北省汽車減震與密封橡膠產(chǎn)品工程技術(shù)研究中心，河北 保定 072550）

氧化鋅是橡膠工業(yè)中常用的活性劑，與硬脂酸組成硫黃硫化體系的活化體系。在硬脂酸作用下，氧化鋅與促進(jìn)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鋅鹽，鋅鹽與多硫分子作用生成多硫鋅鹽，多硫鋅鹽與橡膠大分子反應(yīng)最終完成化學(xué)交聯(lián)。與氧化鋅相比，活性氧化鋅具有粒徑小、比表面積大、硫化活性高的特點(diǎn)。

本工作主要研究氧化鋅與活性氧化鋅對汽車發(fā)動機(jī)懸置膠料及成品性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），TSR-CV60，西雙版納中化橡膠有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.997，鎮(zhèn)江白水化學(xué)有限公司產(chǎn)品；活性氧化鋅S70，臺懋實(shí)業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；硬脂酸SA1801，嘉里油脂化學(xué)工業(yè)（天津）有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，東營市恒益化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

3 L密煉機(jī)和203.2 mm（8英寸）開煉機(jī)，廣東利拿機(jī)械有限公司產(chǎn)品；YM-RH300T-3000CC型注射硫化機(jī)，無錫陽明橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XW-221型平板硫化機(jī)和MC010-LXS-A型邵氏硬度計(jì)，上海嚴(yán)潤光機(jī)科技有限公司產(chǎn)品；M2000-FAN型無轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-TCS-2000型電腦系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)和GT-7017-EM型老化試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；MTS 200 Hz彈性體試驗(yàn)機(jī)，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司產(chǎn)品；MOOG型多通道耐久試驗(yàn)機(jī)，蘇州美萊格機(jī)電設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方見表1。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段，均在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度均為40 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速均為32 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→防老劑和氧化鋅等小料→炭黑和凡士林→排膠。膠料在開煉機(jī)（輥距調(diào)至3 mm）上下片后停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進(jìn)劑→排膠。膠料在開煉機(jī)（輥距調(diào)至3 mm）上下片后停放16 h。

膠料在平板硫化機(jī)上硫化，強(qiáng)伸試樣硫化條件為160 ℃×8 min，壓縮永久變形試樣硫化條件為160 ℃×12 min。

發(fā)動機(jī)懸置在注射硫化機(jī)上硫化，硫化條件為：155～165 ℃/19.6 MPa×（500～600） s，成品如圖1所示。高；隨著活性氧化鋅用量減小，形成的鋅鹽減少，膠料的交聯(lián)密度和抗硫化返原性能降低。

圖1 發(fā)動機(jī)懸置成品

2.1.2 物理性能

膠料的物理性能如表3所示。從表3可以看出：與氧化鋅膠料相比，添加等量活性氧化鋅的膠料硬度不變，定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度降低，拉斷伸長率和壓縮永久變形增大，撕裂強(qiáng)度提高，老化后拉伸強(qiáng)度由降低變?yōu)樘岣?；隨著活性氧化鋅用量減小，膠料的物理性能總體降低。

表3 膠料的物理性能

1.5 性能測試

1.5.1 成品性能

（1）剛度。靜剛度測試條件為：試驗(yàn)方向X，負(fù)荷 ±8 000 N，振幅 ±2.0 mm；動剛度測試條件為：試驗(yàn)方向X，頻率 25 Hz，振幅 ±0.5 mm。

（2）阻尼性能。測試條件為：頻率 25 Hz，振幅±0.1，±0.5，±0.05 mm。

（3）高溫耐久性能。測試條件為：溫度（85±5） ℃，Z向預(yù)載荷 0 N，頻率 3 Hz；X方向振幅 ±1 500 N，循環(huán)次數(shù) 100萬。合格判定標(biāo)準(zhǔn)為：耐久性能試驗(yàn)前后靜剛度變化率在30%以內(nèi)（耐久性能試驗(yàn)后常溫放置8 h以上做剛度測試），膠料在受力方向的壓縮永久變形小于3 mm，且無3 mm以上深度的裂紋和剝離等缺陷。

1.5.2 膠料性能

膠料性能測試按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠料性能

2.1.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示。從表2可以看出：與氧化鋅膠料相比，添加等量活性氧化鋅的膠料t10和t90縮短；tF90延長，說明抗硫化返原性能提

表2 膠料的硫化特性（160 °C）

2.2 成品性能

2.2.1 動靜剛度

發(fā)動機(jī)懸置的動靜剛度如表4所示。從表4可以看出，在達(dá)到相同剛度的條件下，采用活性氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置生產(chǎn)效率高于采用氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置。

表4 發(fā)動機(jī)懸置的動靜剛度

2.2.2 阻尼性能

發(fā)動機(jī)懸置的損耗因子（tanδ）如表5所示。從表5可以看出，在不同振幅下，采用氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置tanδ均大于采用活性氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置。作為減震橡膠制品，其主要功能是吸收震源發(fā)出的振動能量，特別是阻止振動波產(chǎn)生的共振效應(yīng)所導(dǎo)致的同步振動，減震橡膠制品的減振效果與膠料的阻尼性能密切相關(guān)[1]。這說明采用氧化鋅膠料發(fā)動機(jī)懸置的減震性能優(yōu)于采用活性氧化鋅膠料發(fā)動機(jī)懸置。

表5 發(fā)動機(jī)懸置的tan δ

2.2.3 高溫耐久性能

發(fā)動機(jī)懸置的高溫耐久性能如表6所示。從表6可以看出，在相同測試條件下，采用氧化鋅和活性氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置150萬次屈撓后均未出現(xiàn)裂紋，高溫耐久性能合格。這說明采用氧化鋅與活性氧化鋅的發(fā)動機(jī)懸置在耐久性能方面無明顯差異。

表6 發(fā)動機(jī)懸置的高溫耐久性能

3 結(jié)論

（1）與氧化鋅膠料相比，等量活性氧化鋅膠料的t10和t90縮短，抗硫化返原性能提高；隨著活性氧化鋅用量減小，膠料的交聯(lián)密度和抗硫化返原性能降低。

（2）與氧化鋅膠料相比，等量活性氧化鋅膠料定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度降低，拉斷伸長率和壓縮永久變形增大，撕裂強(qiáng)度和耐熱老化性能提高；隨著活性氧化鋅用量減小，活性氧化鋅膠料的物理性能降低。

（3）在達(dá)到相同剛度的條件下，采用活性氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置生產(chǎn)效率高于氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置。

（4）與采用氧化鋅膠料的發(fā)動機(jī)懸置相比，采用活性氧化鋅的膠料的發(fā)動機(jī)懸置減震性能稍差，高溫耐久性能相當(dāng)。