氧化鋅與活性氧化鋅對汽車發動機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品工程技術研究中心，河北 保定 072550）

氧化鋅是橡膠工業中常用的活性劑，與硬脂酸組成硫黃硫化體系的活化體系。在硬脂酸作用下，氧化鋅與促進劑發生化學反應生成鋅鹽，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最終完成化學交聯。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。

本工作主要研究氧化鋅與活性氧化鋅對汽車發動機懸置膠料及成品性能的影響。

1 實驗

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品；氧化鋅，質量分數為0.997，鎮江白水化學有限公司產品；活性氧化鋅S70，臺懋實業股份有限公司產品；硬脂酸SA1801，嘉里油脂化學工業（天津）有限公司產品；偶聯劑Si69，東營市恒益化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

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

1.3 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段，均在密煉機中進行，密煉室初始溫度均為40 ℃，轉子轉速均為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（輥距調至3 mm）上下片后停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進劑→排膠。膠料在開煉機（輥距調至3 mm）上下片后停放16 h。

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

發動機懸置在注射硫化機上硫化，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，膠料的交聯密度和抗硫化返原性能降低。

圖1 發動機懸置成品

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，定伸應力和拉伸強度降低，拉斷伸長率和壓縮永久變形增大，撕裂強度提高，老化后拉伸強度由降低變為提高；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：試驗方向X，負荷 ±8 000 N，振幅 ±2.0 mm；動剛度測試條件為：試驗方向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向預載荷 0 N，頻率 3 Hz；X方向振幅 ±1 500 N，循環次數 100萬。合格判定標準為：耐久性能試驗前后靜剛度變化率在30%以內（耐久性能試驗后常溫放置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國家標準進行。

2 結果與討論

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

發動機懸置的動靜剛度如表4所示。從表4可以看出，在達到相同剛度的條件下，采用活性氧化鋅膠料的發動機懸置生產效率高于采用氧化鋅膠料的發動機懸置。

表4 發動機懸置的動靜剛度

2.2.2 阻尼性能

發動機懸置的損耗因子（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動機懸置tanδ均大于采用活性氧化鋅膠料的發動機懸置。作為減震橡膠制品，其主要功能是吸收震源發出的振動能量，特別是阻止振動波產生的共振效應所導致的同步振動，減震橡膠制品的減振效果與膠料的阻尼性能密切相關[1]。這說明采用氧化鋅膠料發動機懸置的減震性能優于采用活性氧化鋅膠料發動機懸置。

表5 發動機懸置的tan δ

2.2.3 高溫耐久性能

發動機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動機懸置150萬次屈撓后均未出現裂紋，高溫耐久性能合格。這說明采用氧化鋅與活性氧化鋅的發動機懸置在耐久性能方面無明顯差異。

表6 發動機懸置的高溫耐久性能

3 結論

（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力和拉伸強度降低，拉斷伸長率和壓縮永久變形增大，撕裂強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）在達到相同剛度的條件下，采用活性氧化鋅膠料的發動機懸置生產效率高于氧化鋅膠料的發動機懸置。

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