马来酸酐化聚丁二烯树脂在三元乙丙橡胶与纤维粘合中的应用

2020-03-10

在橡胶制品生产过程中,橡胶与其他材料的粘合是一个很重要的课题,主要包括橡胶与金属和橡胶与纤维织物等之间的粘合。饱和橡胶如三元乙丙橡胶(EPDM)等,由于表面缺乏活性,大多采用过氧化物交联,与其他材料的粘合更为困难,尤其是一些在高温、高负荷动态状态下使用的橡胶制品,如汽车传动带、散热胶管和耐热输送带等,采用常规的粘合处理方法如骨架材料浸渍间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸渍液或胶料加入间--白粘合体系等,很难达到满意的粘合效果,需要采用特殊方法或几种方法配合使用。

马来酸酐化聚丁二烯树脂(MLPB)是12-低分子聚丁二烯经马来酸酐化学改性后的产物,具有双官能团特点,可以作为无机、有机填料以及橡胶、塑料的改性剂或偶联剂等。研究表明,在铁路用软木橡胶轨枕垫胶料中加入MLPB,可使硫化胶的拉伸强度提高20%以上;在天然橡胶中采用35MLPB分别改性炭黑、白炭黑或短纤维等填料,可使硫化胶的撕裂强度提高20%以上;在短纤维增强的EPDM中加入MLPB,可提高胶料的撕裂强度和低伸长率下的模量;与未加粘合剂的胶料对比,添加10MLPB、过氧化物硫化的EPDM与铝或钢粘合时,胶料的粘合强度分别从1. 20. 9 MPa增大到12. 913. 7 MPa

本工作研究MLPBEPDM胶料性能的影响以及对短纤维/橡胶复合材料(SFRC)、EPDM与织物和线绳粘合效果的影响。

1 实验

1. 1 主要原材料

EPDM,牌号Keltan®3960,德国朗盛公司产品;过氧化物BIPB,质量分数为0. 96,荷兰阿克苏公司产品;助交联剂TAIC,华星(宿迁)化学有限公司产品;MLPB,牌号Ricobond®1756HS,有效成分质量分数为0. 7,上海森迪化工有限公司产品;芳纶短纤维,长度为3 mmRFL浸渍液处理,黑龙江弘宇短纤维新材料股份有限公司产品;锦纶帆布,牌号3#,未处理,吴江海角工业用布有限公司产品;聚酯线绳,1210dtex 2×3,经RFL浸渍液处理,台州弘宇助剂技术有限公司产品。

1. 2 试验配方

EPDM 100,炭黑N550 40,白炭黑 15,氧化锌 5,硬脂酸 1,石蜡油2280 10,防老剂RD 2,防老剂MB 1,助交联剂TAIC 1. 5,过氧化物BIPB 3. 5MLPB 变量。

1. 3 主要设备和仪器

Φ160 mm×320 mm型两辊开炼机和400×400型平板硫化机,无锡第一橡胶机械有限公司产品;MZ5000D型电子材料试验机和MZ1000型无转子硫化仪,江都明珠试验机械有限公司产品;MN2000型门尼粘度仪,上海德杰仪器设备有限公司产品。

1. 4 试样制备

胶料混炼在开炼机上进行,加入生胶、小料、MLPB、炭黑和硫化剂,薄通6次后下片,停放,使用前进行返炼5 min

物理性能测试试样的硫化条件为170 ℃×(t 903 min),粘合性能测试试样的硫化条件为170℃×(t 905 min)。

1. 5 性能测试

胶料的门尼粘度按照GB/T 1232. 12016进行测试;硫化特性按照GB/T 165841996进行测试;拉伸强度按照GB/T 5282009进行测试,其中SFRC分别沿短纤维取向(L向)和垂直于短纤维取向(T向)方向裁切胶片;撕裂强度按照GB/T5292008进行测试,采用直角形试样;粘合强度按照GB/T 5322008进行测试;H抽出力按照GB/T29422009进行测试;压缩永久变形按照GB/T7759. 12015进行测试,B型试样,测试条件为150℃×70 h,压缩率为25%DIN磨耗量按照GB/T98672008进行测试。

2 结果与讨论

2. 1 MLPB用量对EPDM胶料门尼粘度和硫化特性的影响

MLPB用量对EPDM胶料门尼粘度和硫化特性的影响如表1所示。

从表1可以看出:随着MLPB用量的增大,EPDM胶料的门尼粘度、FLts1变化不大,FmaxFmaxFL呈增大趋势;当MLPB用量为2. 5份时,胶料的t90不变,Vc略有减小;随着MLPB用量的继续增大,胶料的t90呈缩短趋势,硫化速度加快。这可能是由于MLPB的主要成分为低相对分子质量的聚丁二烯不饱和树脂,在过氧化物硫化体系中参与交联,起到类似于助交联剂的作用。

2. 2 MLPB用量对EPDM胶料物理性能的影响

MLPB用量对EPDM胶料物理性能的影响如表2所示。

从表2可以看出:与未加MLPB的胶料相比,加入MLPB的胶料的硬度、100%定伸应力、拉伸强度和DIN磨耗量增大,拉断伸长率减小;随着MLPB用量的增大,胶料的硬度、100%定伸应力和DIN磨耗量增大,拉伸强度和撕裂强度总体增大,拉断伸长率和压缩永久变形先减小后增大。

2. 3 MLPBSFRC性能的影响

SFRC的纤维刚性与橡胶的柔性有机结合既保持了橡胶特有的高弹性,又显著提高了橡胶的模量,改善了胶料的使用性能,满足了某些特殊橡胶制品的要求。芳纶纤维是一种芳香族聚酰胺类高性能产业化纤维,具有高模量、高强度、耐高温、耐磨、耐化学腐蚀、尺寸稳定等优异性能,是橡胶工业理想的骨架材料。EPDM具有良好的耐候性、耐臭氧和电绝缘性,在EPDM胶料中加入芳纶纤维制备的SFRC可以广泛应用于胶带和胶管等制品。

芳纶纤维是一种高度取向的结晶性材料,基本没有无定形区,由于分子链段中有大量苯环,位阻较大,因此芳纶纤维上的酰胺基团较难与其他原子或基团发生化学反应,导致对位芳纶纤维与橡胶基质的界面粘合性能较差,尤其是在EPDM中的粘合更为困难,即使采用增粘处理,其粘合水平也难以达到使用要求,必须采用特殊的界面增粘预处理技术,才能保证高性能对位芳纶纤维成功应用于橡胶工业中。芳纶短纤维增强EPDM硫化胶的应力-应变曲线如图1所示。

从图1可以看出,与未加MLPB的芳纶短纤维增强EPDM胶料相比,加入10MLPB的芳纶短纤维增强EPDM胶料(L向)拉伸屈服应力提高了约40%,低应变(10%)下的定伸应力从2. 5 MPa增大到8. 1 MPa,表明MLPBSFRC具有明显的增粘作用。T向胶料的拉伸性能基本没影响,这是因为T向胶料拉伸性能主要与SFRC中橡胶性能有关,与其粘合性能关系不大。

2. 4 MLPB用量对EPDM胶料与锦纶帆布和聚酯线绳粘合性能的影响

MLPB用量对EPDM胶料与锦纶帆布粘合强度的影响如图2所示。

从图2可以看出:随着MLPB用量的增大,EPDM胶料与锦纶帆布的粘合强度逐渐增大;当MLPB用量超过10份后,EPDM胶料的粘合强度增大趋势减缓。

MLPB用量对EPDM胶料与聚酯线绳H抽出力的影响如图3所示。

从图3可以看出,随着MLPB用量的增大,EPDM胶料与聚酯线绳的H抽出力逐渐增大。分析原因,MLPB中聚丁二烯接枝马来酸酐,在聚丁二烯分子链中接枝了极性基团,这些基团与锦纶的胺基、聚酯的羟基起化学反应,形成化学键或配位键,提高了纤维与橡胶的粘合性能。

3 结论

1)随着MLPB用量的增大,EPDM胶料的交联程度增大,硫化胶的物理性能总体提高。

2MLPB的加入大大提高了芳纶短纤维增强EPDM胶料(L向)的拉伸应力以及芳纶短纤维与EPDM胶料的粘合性能。

3)随着MLPB用量的增大,EPDM与锦纶帆布和聚酯线绳的粘合性能提高,当MLPB用量为1015份时,胶料的粘合性能较好。

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