氯丁橡膠鞋底耐磨性能研究

焦占磊

氯丁橡膠自發明應用以來，以其強度高、耐油耐介質性能好、阻燃性能好、耐候性優良等性質，廣泛應用于膠帶、膠管、護罩、膠輥、襯墊、密封材料等工業制品領域。為了達到阻燃、耐油性能，也經常用于橡膠鞋底材料生產中。

在鞋底生產中，作為鞋靴外底一個重要的性能是耐磨性能，即鞋底抵抗日常穿用過程中的磨損能力。氯丁橡膠的磨耗性能較天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠等常用鞋底橡膠品種要稍差，因此，研究改進氯丁橡膠的耐磨性能更為必要。

1 研究方案

檢測項目 A B C氯丁橡膠類型 1221 2322 3221抗張強度（MPa） 17.1 15.9 18.8扯斷伸長率（%） 450 560 520阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.27 0.28 0.26檢測項目 炭黑N330 白炭黑175 陶土 輕質碳酸鈣阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.27 0.31 0.64 0.62檢測項目 20 30 40 50 60阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.54 0.43 0.27 0.18 0.24

1.1 試驗方案

由于氯丁橡膠在操作中粘輥嚴重，日常使用中都摻用部分天然橡膠改善加工性能。為了更加貼近現實情況，本試驗中也添加10%天然橡膠。

首先將天然橡膠利用開煉機薄通塑煉到塑性0.40～0.45，再加入氯丁橡膠，混合均勻后，依次加入活化劑、促進劑、硫化劑、防老劑、補強填充劑、軟化劑等材料，混煉均勻。混煉膠放置24 h以后，硫化制做阿克隆磨耗試片（硫化時間為90 min×2，硫化溫度150℃）。試片室溫放置24 h后，進行阿克隆磨耗檢測。

1.2 試驗設備

150mm試驗用開放式煉膠機，阿克隆磨耗測試儀，密度儀。

1.3 氯丁橡膠品種對比

氯丁橡膠是使用氯丁二烯單體材料聚合反應得到的高分子材料。根據分子量調節方式，分為硫磺調節型、非硫磺調節型和混合調節型；根據橡膠結晶度分為高、中等、微結晶型或結晶速度快、中等和慢三類；根據用途分為通用型和專用型。

基于鞋底生產工藝和鞋底質量要求，排除硫磺調節型（原料橡膠貯存穩定性差，混煉膠料容易焦燒），基本是選用非硫磺調節型、混合調節型或兩種類型配合使用；由于非硫磺調節型氯丁橡膠無法塑解，因此為了保證鞋底加工過程中膠料流動充模性能，一般選用中低粘度、中低等結晶速度的氯丁橡膠品種。

同樣基于鞋底生產成本要求，一般選用國產橡膠。本研究以長壽公司生產的CR1221、CR2322、CR3221 型非污染氯丁橡膠進行對比研究。

1.4 補強填充體系對氯丁橡膠耐磨性能對比

由于氯丁橡膠屬于自結晶類型材料，補強填充體系對氯丁橡膠的強度一般沒有正面影響；但是補強填充體系是降低鞋底成本的有效途徑，研究其對氯丁橡膠的耐磨性能影響是非常必要的。

氯丁橡膠使用的補強材料和填充材料，一般通用的補強材料如炭黑、白炭黑、陶土、碳酸鈣等均可。

另外，補強填充劑用量對膠料耐磨性能也是考察的一個方面。

1.5 軟化劑用量對氯丁橡膠耐磨性能影響

軟化劑是保證膠料加工性能和調節鞋底硬度的材料，使用軟化劑對氯丁橡膠耐磨性能一般是單向劣化影響。

1.6 防老化品種對氯丁橡膠耐磨性能對比

氯丁橡膠本身耐老化性能較好，但是在鞋底使用中，仍然存在隨著時間延長性能劣化的問題，因此，防老化材料使用是必要的。選用幾種鞋底生產常用防老劑對比其對耐磨性能影響進行了試驗。

1.7 專用材料對氯丁橡膠耐磨性能對比

添加助劑也能對提高氯丁橡膠耐磨性能有一定作用，如偶聯劑材料、二硫化鉬等。其中二硫化鉬成本偏高，會降低鞋底產品的性能價格比，并不適合使用；偶聯劑材料，尤其是使用偶聯劑對補強填充材料進行預處理，對橡膠耐磨性能作用較好。本研究以硅烷材料為代表對氯丁橡膠的耐磨性能影響進行了對比。

2 試驗結果

2.1 三種不同型號的氯丁橡膠耐磨試驗結果對比

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸 1.5，硫磺粉 0.3，促進劑M 0.5，炭黑N330 40，DBP 8，防老劑 D 1。

根據以上試驗結果，可以看出：三種類型的氯丁橡膠膠料耐磨性能比較接近，沒有出現明顯規律。因此，可以根據鞋底配方需求選用合適的規格氯丁橡膠。

按照鞋底生產要求，一般采用混合型氯丁橡膠，以同時兼顧煉膠生產安全性和硫化生產效率。因此，以下研究均采用混合型CR3221。

檢測項目 4 8 12 16阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.16 0.17 0.21 0.29檢測項目 防老劑D 防老劑RD 防老劑4010NA 防老劑MB阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.26 0.15 0.13 0.25檢測項目 不加Si-69 加入Si-69阿克隆磨耗（cm3/1.61 km） 0.31 0.22

2.2 補強填充材料對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

2.2.1 補強填充劑品種對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠CR3221 85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進劑 M 0.5，DBP 8，防老劑D 1。補強填充劑40份，品種見下表。

2.2.2 炭黑N330用量對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠CR3221 85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸 1.5，硫磺粉 0.3，促進劑 M 0.5，DBP 8，防老劑D 1。炭黑N330用量見下表。

2.3 軟化劑用量對氯丁橡膠鞋底耐磨性能影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進劑M 0.5，炭黑N330 50，防老劑D 1。

2.4 防老劑品種對氯丁橡膠鞋底耐磨性能的影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進劑M 0.5，炭黑N330 50，DBP 8。防老劑用量2，具體品種見下表。

2.5 專用耐磨材料對氯丁橡膠鞋底耐磨性能的影響

基本配方：氯丁橡膠85，天然橡膠15，氧化鋅 5，輕質氧化鎂 3，硬脂酸1.5，硫磺粉 0.3，促進劑 M 0.5，白炭黑 175 40，DBP 8，防老劑D 1。抗磨材料采用Si-69（雙（3-三乙氧基硅烷丙基）四硫化物）2份。

3 結果討論

橡膠材料磨耗原理迄今并未形成統一理論解釋，大概認為有三種磨耗形式。氯丁橡膠鞋底的磨耗性能與其它橡膠材料一樣，與橡膠制品的拉伸強度、定伸應力、彈性、耐疲勞性能有關。

以上5個方面的對比試驗表明，3類不同品種的氯丁橡膠對鞋底耐磨性能影響不明顯。補強填充材料的品種對鞋底耐磨性能的影響主要由于補強材料對鞋底拉伸強度影響不同，呈現正向相關；炭黑材料的用量有一個峰值存在，應為炭黑用量過大時對鞋底彈性有不良影響造成。軟化劑用量越大，鞋底強度越低，從而耐磨性能越差。防老劑品種差異，主要由于其對鞋底耐疲勞老化的作用不同造成，根據對比結果，防老劑RD和4010NA較為理想。使用白炭黑時，偶聯劑作用主要是提高了鞋底強度，從而提高了鞋底耐磨性能。