TPI的門尼粘度對NR/TPI減震制品性能的影響

宋雅婷，于 龍，王 鵬，盛恩恬，王 崴

[高特威爾科學儀器（青島）有限公司，山東 青島 266042]

天然橡膠（NR）綜合性能優異且用量大，使用NR的橡膠減震制品加工性能好、強度高，但隨著橡膠工業的發展，單獨使用NR已難以滿足市場對橡膠減震制品性能的更高要求，如更好的耐疲勞性能、更低的動靜剛度比、更小的壓縮永久變形等。反式異戊橡膠（TPI）是一種在常溫下低結晶性的橡塑二重性材料[1-2]，其與NR的相容性好，可以顯著改善NR的動態性能[3-6]。近年來國內外學者對采用TPI制備高性能橡膠減震制品進行了大量研究[7-12]，為TPI在橡膠減震制品領域的應用奠定了充分的理論基礎。

相對分子質量和門尼粘度是影響橡膠性能的關鍵因素。相對分子質量高，鏈末端少；相對分子質量低，鏈末端多。鏈末端活動能力對粘性的貢獻較大、對彈性的貢獻較小，相對分子質量影響橡膠的粘彈性，從而影響橡膠制品的使用性能[13]。一般而言，隨著橡膠相對分子質量和門尼粘度的提高，膠料的加工性能降低，使用性能改善[14]。

本工作以NR減震制品配方為基礎，系統研究了不同門尼粘度的TPI與NR并用對應用性能的影響，以期為高性能橡膠減震制品的開發提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，CV60，越南產品；TPI，牌號TPI-40，TPI-60，TPI-80和TPI-100，門尼粘度[ML（1＋4）100℃]分別為39，63，82和100，青島竣翔科技有限公司產品。

1.2 配方

配方（用量/份）：NR 100或NR/TPI 80/20，炭黑 45，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑4.5，石蠟油 9，硫黃 1.2，促進劑 1.95，防焦劑 0.2。

1#配方采用NR，2#配方采用NR/TPI-40，3#配方采用NR/TPI-60，4#配方采用NR/TPI-80，5#配方采用NR/TPI-100。

1.3 主要設備和儀器

XSM-500型密煉機和X（S）R-160A型兩輥開煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品；M-3000-AU型無轉子硫化儀、AI-7000-MU1型電子拉力試驗機、GT-RH-2000型壓縮生熱試驗機、GT-7011-DHD型德默西亞疲勞試驗機、RPA8000橡膠加工分析（RPA）儀、GT-7017-EMU型熱空氣老化箱，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料一段和二段混煉均在密煉機中進行。一段混煉工藝為：生膠→混煉1 min→氧化鋅、硬脂酸、防老劑、炭黑和油→混煉2 min→清掃→混煉時間達到5 min時排膠。二段混煉工藝為：一段混煉膠→促進劑、硫黃、防焦劑→混煉2 min→排膠，在開煉機上下片。

混煉膠在室溫下停放1 d后硫化，硫化條件為150 ℃/15 MPa×（t90＋3 min）。

1.5 性能測試

（1）硫化特性按照GB/T 16584—1996進行測試，測試溫度為150 ℃。

（2）拉伸性能和撕裂強度（直角形試樣）分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008測試。

（3）靜態壓縮永久變形按照GB/T 7759.1—2015進行測試，試驗條件為：壓縮率 25%，溫度

70 ℃，時間 24 h。

（4）耐壓縮疲勞性能按照GB/T 1687.3—2016進行測試，測試條件為：溫度 （55±1） ℃，沖程 （4.45±0.03） mm，負荷 （1.00±0.03）MPa。

（5）耐屈撓龜裂性能按照GB/T 13934—2006在－30，23，70 ℃或100 ℃×48 h熱老化后23 ℃下測試屈撓疲勞壽命。

（6）RPA分析。測試條件為：采用應變掃描，應變范圍 0.1%～100%，溫度 60 ℃，頻率10 Hz。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表1所示。

表1 膠料的硫化特性

從表1可以看出：與NR膠料相比，NR/TPI膠料的FL增大，流動性略有降低，t10和t90基本一致；隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI膠料的FL逐漸增大，流動性逐漸降低，交聯密度略有提高。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。

表2 硫化膠的物理性能

從表2可以看出：與NR硫化膠相比，NR/TPI硫化膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度均明顯降低，硬度略提高；NR/TPI-40硫化膠的靜態壓縮永久變形基本不變，動靜剛度比略增大；NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化膠的靜態壓縮永久變形和動靜剛度比略減小；隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI硫化膠的硬度、拉伸性能、撕裂強度和回彈值提高，靜態壓縮永久變形和動靜剛度比逐漸減小。

2.3 耐壓縮疲勞性能

硫化膠的耐壓縮疲勞性能如表3所示。

表3 硫化膠的耐壓縮疲勞性能

從表3可以看出：與NR硫化膠相比，NR/TPI-40和NR/TPI-60硫化膠的壓縮疲勞溫升略提高，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化膠的壓縮疲勞溫升略降低；NR/TPI硫化膠的壓縮疲勞永久變形略有減小；隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI硫化膠的壓縮疲勞溫升逐漸降低，壓縮疲勞永久變形呈減小趨勢，耐壓縮疲勞性能提高。

2.4 耐屈撓龜裂性能

硫化膠的耐屈撓龜裂性能如表4所示。

表4 硫化膠的耐屈撓龜裂性能 萬次

從表4可以看出：NR/TPI硫化膠在－30，23和70 ℃下的耐屈撓龜裂性能均優于NR硫化膠，且隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI硫化膠的屈撓疲勞壽命呈逐漸延長趨勢；但是經100 ℃×48 h熱老化后，NR/TPI硫化膠在23 ℃下的耐屈撓龜裂性能略遜于NR硫化膠。

2.5 RPA分析

硫化膠的損耗因子（tanδ）-應變曲線如圖1所示。

圖1 硫化膠的tanδ-應變曲線

從圖1可以看出，與NR硫化膠相比，NR/TPI-40硫化膠的tanδ略有增大，NR/TPI-60，NR/TPI-80和NR/TPI-100硫化膠的tanδ均減小。隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI硫化膠的tanδ逐漸減小。

3 結論

（1）與NR膠料相比，NR/TPI膠料的流動性略有降低，t10和t90基本一致；隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI膠料的流動性逐漸降低，交聯密度略有提高。

（2）與NR硫化膠相比，NR/TPI硫化膠的硬度增大，拉伸性能和抗撕裂性能降低，壓縮永久變形減小，在－30，23和70 ℃下的耐屈撓龜裂性能提高，但在100 ℃×48 h熱老化后23 ℃下的耐屈撓龜裂性能降低。

（3）隨著TPI門尼粘度的提高，NR/TPI硫化膠的拉伸性能、撕裂強度和回彈值逐漸提高，靜態壓縮永久變形、動靜剛度比和tanδ逐漸減小，耐壓縮疲勞性能以及在－30，23和70 ℃下的耐屈撓龜裂性能逐漸提高。

（4）高門尼粘度TPI在橡膠減震制品中的應用性能更優異。