NR是高不饱和橡胶,容易与氧、臭氧结合发生老化现象,而光、热、屈挠变形以及锰、铜等金属也会加速NR老化,通过添加防老剂可以有效改善NR胶料的耐老化性能。本工作研究几种防老剂对NR胶料耐老化性能的影响。
1 实验
1.1 主要原材料
NR,3#烟胶片,炭黑N330,防老剂RD,4010NA和4020,防老剂8PPD(牌号为8PPD-35,有效成分质量分数为0.35),RE和YLD(牌号为YLD-60,有效成分质量分数为0.60)均以二苯胺为主要原料、辅以其它原料经化合反应制得主成分后吸附在无机填料上的粉状混合物。
1.2 试验配方
NR 100,炭黑N330 50,间接法氧化锌5,硬脂酸 3,促进剂DM 0.6,硫黄 2.5,防老剂(变品种) 1.5。
1.3 主要设备与仪器
XK-160型开炼机,青岛华青工业集团股份有限公司产品;XLB-Q型平板硫化机,湖州宏侨橡胶机械有限公司产品;WGJ-2500B-Ⅱ型微机控制光跟踪拉力试验机,广西师范大学秀峰电器厂产品;401A型橡胶老化试验箱,启东市双棱测试设备厂产品;P3555C型盘式硫化仪,北京环峰化工机械实验厂产品。
1.4 试样制备
采用两段混炼工艺,在开炼机上进行,促进剂和硫黄在二段加入。试样在乎板硫化机上硫化。
1.5 性能测试
各项性能均按相应的国家标准测试。
2 结果与讨论
2.1 硫化特性
防老剂品种对NR胶料硫化特性的影响如表1所示。从表1可以看出,防老剂4010NA和YLD可以明显缩短NR胶料的而其它防老剂对NR胶料的硫化特性影响较小。
表1 防老剂品种对NR胶料硫化特性(143℃)的影响
|
项目 |
空白 |
RD |
4010NA |
4020 |
8PPD |
RE |
YLD |
|
ML/(dN·m) |
5.98 |
8.92 |
8.94 |
9.75 |
9.02 |
7.18 |
8.93 |
|
MH/(dN·m) |
45.99 |
48.01 |
49.17 |
46.93 |
46.65 |
46.51 |
46.41 |
|
t10/min |
3.68 |
3.35 |
3.00 |
3.20 |
3.38 |
3.78 |
3.38 |
|
t10/min |
18.90 |
17.20 |
14.68 |
16.63 |
16.95 |
19.27 |
15.13 |
2.2 耐热氧老化性能
防老剂品种对NR硫化胶耐热氧老化性能的影响如表2所示。
表2 防老剂品种对NR硫化胶耐热氧老化性能的影响
|
项目 |
空白 |
RD |
4010NA |
4020 |
8PPD |
RE |
YLD |
|
143℃×30min硫化胶性能 |
|
|
|
|
|
|
|
|
邵尔A型硬度/度 |
70 |
72 |
72 |
70 |
70 |
72 |
71 |
|
300%定伸应力/MPa |
17.8 |
16.7 |
17.6 |
16.8 |
19.0 |
18.5 |
17.0 |
|
拉伸强度/MPa |
20.6 |
26.9 |
24.6 |
27.3 |
26.0 |
25.3 |
23.1 |
|
拉断伸长率/% |
344 |
453 |
393 |
458 |
395 |
394 |
385 |
|
110℃×24h老化后 |
|
|
|
|
|
|
|
|
邵尔A型硬度/度 |
72 |
78 |
78 |
76 |
75 |
75 |
78 |
|
拉伸强度/MPa |
8.5 |
17.6 |
17.4 |
18.5 |
17.6 |
17.1 |
18.1 |
|
拉断伸长率/% |
182 |
220 |
217 |
239 |
225 |
228 |
242 |
|
143℃×40min硫化胶性能 |
|
|
|
|
|
|
|
|
邵尔A型硬度/度 |
70 |
73 |
72 |
72 |
71 |
73 |
73 |
|
300%定伸应力/MPa |
17.3 |
17.8 |
17.5 |
15.3 |
17.6 |
17.4 |
17.3 |
|
拉伸强度/MPa |
21.7 |
26.3 |
26.2 |
22.8 |
25.2 |
22.9 |
22.9 |
|
拉断伸长率/% |
355 |
416 |
431 |
395 |
404 |
368 |
358 |
|
110℃×24h老化后 |
|
|
|
|
|
|
|
|
邵尔A型硬度/度 |
73 |
78 |
77 |
75 |
75 |
75 |
78 |
|
拉伸强度/MPa |
7.3 |
16.2 |
17.2 |
16.4 |
17.8 |
15.2 |
16.5 |
|
拉断伸长率/% |
141 |
212 |
226 |
236 |
246 |
225 |
221 |
从表2可以看出,加防老剂的NR硫化胶耐热氧老化性能明显提高,但各防老剂硫化胶之间的差异并不大。
2.3 耐天候老化性能
取硫化条件为143℃×40 min的试样各3个,伸长30%后钉在老化试验木架上,木架向南倾斜45°固定在顶楼平台上,四周无遮挡,由专人负责定期检查记录试样老化情况。室外天候老化试验为2004年4月23日-12月24日,试验结果如表3所示。
表3 防老剂品种对NR硫化胶耐天候老化性能的影响
|
检查日期 |
空白 |
RD |
4010NA |
4020 |
8PPD |
RE |
YID |
|
4月24日 |
0 |
Ⅰ |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
4月25日 |
Ⅰ |
Ⅰ |
0 |
Ⅰ |
Ⅰ |
0 |
0 |
|
4月26日 |
Ⅱ |
Ⅱ |
Ⅰ |
Ⅰ |
Ⅰ |
0 |
0 |
|
4月27日 |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅱ |
Ⅰ |
Ⅰ |
|
4月28日 |
Ⅲ |
Ⅳ |
Ⅱ |
Ⅱ |
Ⅱ |
Ⅰ |
Ⅰ |
|
5月1日 |
Ⅲ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅲ |
Ⅰ |
Ⅰ |
|
5月9日 |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅲ |
Ⅲ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
5月14日 |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅲ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
5月23日 |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
5月30日 |
Ⅳ |
Ⅴ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
6月12日 |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
6月20日 |
Ⅵ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
6月30日 |
Ⅵ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ |
Ⅱ |
Ⅱ |
|
7月26日 |
Ⅵ |
Ⅵ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅲ (炭黑析出) |
Ⅲ (炭黑析出) |
Ⅲ (炭黑析出) |
|
8月31日 |
Ⅵ |
Ⅵ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅲ-Ⅳ |
Ⅲ-Ⅳ |
|
9月20日 |
Ⅵ |
Ⅵ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
|
10月28日 |
Ⅵ |
Ⅶ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅳ-Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
|
12月24日 |
Ⅶ |
- |
Ⅴ |
Ⅴ |
Ⅳ |
Ⅳ |
Ⅳ |
注:0-无变化;Ⅰ-轻微小裂纹;Ⅱ-小裂纹;Ⅲ-明显裂纹;Ⅳ-中等程度裂纹,Ⅴ-严重裂纹:Ⅵ-严重裂纹且松弛变形,Ⅷ-断裂。
从表3可以看出,未加防老剂和加防老剂RD的NR硫化胶耐天候老化性能较差,加防老剂4010NA和4020的NR硫化胶耐天候老化性能较好。防老剂4010NA在试验前期的防护作用优于防老剂4020,而加防老剂4020的NR硫化胶老化裂纹出现时间虽然较早但增长速度慢,说明加防老剂4020的NR硫化胶老化后性能保持率大于加防老剂4010NA的硫化胶。加防老剂8PPD,RE和YLD的NR硫化胶耐天候老化性能优异。加防老剂RE和YLD的NR硫化胶老化裂纹出现时间晚且增长速度慢,而加防老剂8PPD的NR硫化胶老化裂纹出现时间虽然早但增长速度慢,后效性好。值得注意的是加防老剂8PPD,RE和YLD的后期试样中出现了较明显的炭黑析出现象,还有待进一步研究。
3 结论
(1)防老剂4010NA和YLD可以明显缩短NR胶料的其它防老剂对NR胶料的硫化特性影响较小。
(2)加防老剂的NR硫化胶耐热氧老化性能明显提高,但各防老剂硫化胶之间的差异并不大。
(3)加防老剂8PPD,RE和YLD的NR硫化胶耐天候老化性能优异,加防老剂4010NA和4020的次之,加防老剂RD的较差。