網球橡膠內膽復合材料性能研究

摘要：將天然橡膠（NR）和反式一1，4-聚異戊二烯（TPI）作為制備網球內膽膠料的主要原材料。通過實驗進行對比得到制備網球內膽膠料的最優配方，再通過不同共混工藝下制備的膠料性能對比，得出最佳的共混工藝，最后采用最優化的膠料制備配方通過最佳的共混工藝制備能夠達到行業標準要求的網球。

關鍵詞：天然橡膠;反式-1.4-聚異戊二烯;最優配方;網球內膽

中圖分類號：TQ330.52

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）09-0073-04

隨著人們生活水平的不斷提高，更多的人會選著一種更為健康的生活方式——體育運動。這里不得不題的是非常受現代人青睞的網球運動了，自19世紀網球誕生以來，隨著各項賽事的開展，網球運動得到了飛速的發展。在這項運動中，對網球是有一定要求的，那么網球的性能優劣就顯得極為重要了。國際網協網球的標準性能要求是：200%定伸應力9.3 -9.7MPa，邵爾A型硬度>76。，拉斷伸長率320% -340%，拉伸強度13.8-14.4MPa。回彈值>70%。但就國內目前生產的網球來看，性能上與國際網協標準還是存在一定差距的。為了實現網球的高性能要求，必須對制造網球的膠料研制上取得突破。這里我們針對高硬度，高定伸應力，高彈性的網球性能要求，研究網球膠料的研制配比[3]。這里我們主要研究的是天然橡膠（NR）和反式一1，4-聚異戊二烯（TPI）應用于網球膠料的研制[2]。

1 實驗

1.1 實驗原材料

天然橡膠NR，SIR20;反式-1，4-聚異戊二烯TPI;白炭黑。

天然橡膠（NR）：它是一種以順-l，4-聚異戊二烯為主要成分的天然高分子化合物，順一1，4-聚異戊二烯的含量在90%以上，另外還有部分脂肪酸和蛋白質等非橡膠物質。我們平常所說的天然橡膠是將從橡膠樹上采集的天然橡膠經過凝固干燥等工序制成的彈性固體。

反式一l，4-聚異戊二烯（TPI）：反式-1，4-聚異戊二烯別名人工合成杜仲膠，其與天然橡膠具有相同的分子結構-（C5H8） -，但是TPI的分子鏈是反式構型，即它的每個鏈接單元上的兩個次甲基-（CH2）一存在于雙鍵軸的異側，而天然橡膠的兩個次甲基位于雙鍵軸同側，所以相比天然橡膠，它的性能有很大的不同。反式一l，4-聚異戊二烯連接等同周期短，通常情況下是以折疊的形式存在，當溫度低于60℃時，TPI會快速結晶，所以它是一種高拉伸強度和高硬度的結晶聚合物。TPI的硫化膠有優異的耐屈撓性能和比較低的動態生熱，在天然橡膠中加入TPI能夠提高其膠料的耐疲勞性能高大幾倍至幾十倍，從而使橡膠制品的使用壽命大大延長，同時也可以用于彈性減震領域[4]。

TPI分子結構有3大特征：反式有序性，鏈柔性和雙鍵。TPI的雙鍵結構可以實現對其的硫化加工，反式有序性則表示TPI易結晶，鏈柔性則為其成為彈性體提供了可能性。因此通過雙鍵結構對TPI進行硫化交聯，可是將其制成優良性能的彈性體[5]。

1.2 實驗設備

這里我們用到的主要設備有：上海橡膠機械廠的XK- 160型開煉機;佳鑫電子設備LH-Ⅱ型硫化儀;青島亞東橡膠機械平板硫化機;高鐵檢測儀器AI-2000S型拉力試驗機以及氣壓自動壓片機;上海化工機械四廠的沖擊彈性試驗機以及硬度測定儀。

1.3 實驗試樣

1）開煉機輥溫度設定為70qC，然后采用質量比為TPI：NR=1：2的比例制作母煉膠，直至輥溫度冷卻到常溫。最后將剩下的天然橡膠與母煉膠混煉[6]，加入適量配合劑，再薄通、打三角包6次、下片。

2）開煉機輥溫度設定為70℃，然后將TPI和NR共混塑煉，再加入適量配合劑、薄通、打三角包6次、下片。混煉溫度較高因此過程不宜過長，控制在12min以內為宜。

3）開煉機輥溫度設定為70℃，先將TPI塑煉8-9遍，然后將其與已經塑煉好的天然橡膠共混（常溫下），再加入適量配合劑、薄通、打三角包6次、下片。

4）開煉機輥溫度設定為70℃，將NR和TPI都各自塑煉8-9遍，然后共混至輥溫度冷卻到常溫，再加入適量配合劑、薄通、打三角包6次、下片。

此外硫化膠用平板硫化劑制作，條件設定為145℃#t。 共混：將具有一定公硫化性和相容性的橡膠共混，能夠使它們的玻璃化轉變區凹谷變為平坦區，從而提高材料的減震性能[1]。

1.4 結果測試

邵爾A型硬度根據CB/T 531-1999進行測試，撕裂強度根據GB/T 529-1999進行測試，拉伸性能根據CB/T 528-1999進行測試，回彈值根據CB/T 1681-1991進行測試，最后的網球成品性能根據CB/T1510-1992進行測試。

2 實驗結果分析

2.1 主要原材料

表1所示為TPI與NR并用比對膠料性能的影響。

根據表l的數據結果可以看出，當TPI的用量比例增大時，并用膠的邵爾A型硬度和200%定伸應力都是先增大然后減小，表中所示當TPI與NR的并用比為18/82時，制備出的并用膠的200%定伸應力和硬度取得最大值，而拉伸強度隨著TPI的用量增加而逐漸減小。即可得出結論，當TPI/NR=18/82時，所制備出的并用膠膠料綜合性能最好。因此制作網球內膽膠料時選用這個配比煉制為宜。

2.2 硫化實驗

2.2.1 促進劑

表2所示為促進劑并用比對膠料性能的影響。

從表2的數據分析可得出，當促進劑DM的用量逐漸減小時，硫化膠的拉伸強度與200%定伸應力都是先增大然后減小的，表中所示促進劑并用比為0.7/0.5時，膠料的拉伸強度與200%定伸應力取得最大值。使用DM/D并用的促進劑能夠改善膠料的硫化程度，從而制得各項性能更為優異的硫化膠[8]。根據數據分析可知，當并用比DM/D=0.7/0.5時，值得的硫化膠性能最好，因此選用此配比的促進劑為宜。

2.2.2 硫磺

表3所示為硫磺的用量對膠料性能的影響

根據表3的數據分析可以看出，當硫磺的用量逐漸增大時，膠料的200%定伸應力和硬度都是先增大然后減小的，拉斷伸長和拉伸強度變化則剛好相反，是先減小后增大的。表中所示當硫磺的用量為4.5時，膠料的200%定伸應力與硬度都取得了最大值，相反拉斷伸長率與拉伸強度取得了最小值。這里主要是因為隨著硫磺的用量增加膠料的交聯密度增大，似的硫化膠抵抗外力變形的能力增大，進而增大了硬度和200%定伸應力[7]。總體而言，當硫磺的用量去4.5份時，膠料的綜合性能最佳，因此選用此用量為宜。

結合上面的數據結果分析，可以得出網球內膽膠料的配方如表4所示。由此也可以得到相應的硫化膠的性能，如表5所示。

由表中數據對比可知，實驗所制備的硫化膠性能基本上已經達到了國際網協的標準。

2.3 混煉工藝流程

這一步實驗則是應用上面的最優膠料制備配方，然后對混煉工藝的優劣進行研究，表6顯示的是幾種不同工藝制備的膠料的物理性能。

從表6中的數據分析可以看出，工藝①和工藝②所制備的硫化膠的邵爾A型硬度數值最大，而200%定伸應力最大的是工藝②，綜合這兩點分析，則工藝②制備硫化膠的膠料物理性能最好，工藝①則比工藝②稍差一些，其次是工藝④，最差的是工藝③。分析原因認為是混煉工藝②的膠料混煉溫度較高是的膠料間的交聯密度較大。

2.4 網球成品性能測試結果

這里的成品網球是采用最優的膠料配方經過混煉工藝②制備而成的，其主要性能如表7所示。

由表7中測試結果可以看出，實驗所制的成品網球各項指標是都達到了合格品要求的，尤其是它的直徑，質量以及推進變形量都是達到了一等品的標準了的。

3 結語

通過對不同配方主要原材料制備的膠料性能對比，得到了最優配方主要原材料并用比為TPI/NR=18/82。然后對在硫化工藝過程中促進劑的并用比以及硫磺的用量進行了實驗，得出結論：促進劑并用比DM/D=0.7/0.5，硫磺用量為4.5份時所制備硫化膠的物理性能最優。綜合這幾項實驗結果即可得出膠料的最優配方。最后對膠料制備的共混工藝流程進行了實驗分析，得到最優的共混工藝②，即將開煉機輥溫度設定為70℃，先將TPI塑煉8-9遍，然后將其與已經塑煉好的天然橡膠共混（常溫下），再加入適量配合劑、薄通、打三角包6次、下片。最后制作成的成品網球各項性能指標都達到了合格品的要求，其直徑，質量以及推進變形量甚至可以達到一等品的指標要求。

參考文獻

[1]楊清芝.橡膠工藝學[M].北京：中國石化出版社，1997.

[2]胡漢杰，何天白.功能高分子與新技術[M].北京：化學工業出版社，2001.

[3]張殿榮，辛振祥.現代橡膠配方設計[M].北京：化學工業出版社，2001.

[4]姚薇，宋景社，賀愛華，等，合成反式一1，4-聚異戊二烯的硫化與性能[J].彈性體，1995，4（5）：1-7.

[5]宋景社，范汝良，黃寶琛，等，含反式一l，4-聚異戊二烯的輪胎膠料的加工和使用性能[J].輪胎工業，1999，19（01）：5.

[6]張文禹，黃寶琛，杜愛華.TPl/HVBR/NR共混物的性能[J].橡膠工業，2001，49（2）：69-72.

[7]孟凡良，黃寶琛，姚薇.天然橡膠/反式-1，4-聚異戊二烯并用膠硫化體系的研究[J].合成橡膠工業，2003.26（4）：221-225.

[8]宋景社，黃寶琛，范汝良，反式一1，4-聚異戊二烯硫化膠及其共混硫化膠的研這究[J]-橡膠工業.1997，44（4）：205-209.

3、塑料粘接知識——表面處理：

ABS塑料的特性，ABS是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物的縮寫。ABS為非晶態、不透明的塑料，屬堅韌、質硬、剛性好的熱塑性工程塑料。丙烯腈賦予ABS耐化學腐蝕性、耐油性和一定的剛性與硬度;丁二烯提高了ABS的韌性、耐沖擊和耐寒性;而苯乙烯則賦予ABS良好的介電性、光澤及易加工特性。由于丁二烯鏈段中含有雙鍵，出較容易粘接。常采用酮類和四氫呋喃為溶劑進行溶劑粘接，還可采用膠粘劑進行粘接，由于其制品表面含有油脂和粉塵等，所以在粘接前必需進行表面處理。

作者簡介：齊佳（1981-），男，漢族，陜西西安人，碩士研究生，講師，主要從事體育教學及行政管理工作。