胶辊用热硫化硅橡胶的制备

2007-08-20

    胶辊是橡胶制品的一个主要品种,广泛用于冶金、造纸、纤维纺织、印刷印染、木材加工、塑料薄膜加工、办公设备制造等行业,是重要的工业配件。胶辊同工业连续化和省力化有着密切的关系;因此,随着工业现代化进程的加快,胶辊的重要作用日趋显现。随着胶辊应用领域的扩大,人们对胶辊的要求也逐渐提高。现在许多胶辊在使用过程中都要求具有良好的压缩永久变形、耐热性、传热性、尺寸稳定性和耐磨性。本实验拟针对市场要求开发压缩永久变形小、抗拉与抗撕性能优越、拉伸永久变形小、耐磨性好、耐老化性能好的硅橡胶胶辊。

    1  实验

    1.1  主要原料及设备

    甲基乙烯基硅橡胶生胶1:乙烯基摩尔分数0.08%,摩尔质量55×104-62×104g/mol,浙江新安化工集团有限公司;甲基乙烯基硅橡胶生胶2:乙烯基摩尔分数8%,摩尔质量55×104-62×104g/mol,自制;多乙烯基增硬剂:HT-210,自制;沉淀法白炭黑:909,浙江横店白炭黑公司;沉淀法白炭黑:LP,日本东曹白炭黑公司;气相法白炭黑:QS-102,比表面积200m2/g,日本Tokuyama公司;气相法白炭黑:T-40,比表面积400m2/gWacker公司;硫化剂:101-50D,阿克苏诺贝尔公司;三氧化二铁:4130,拜尔公司;纳米氧化铈:华明高纳稀土新材料有限公司;耐热添加剂:HT-100,自制;石英粉:1250目、3000目,Sibelco公司;羟基硅油:羟基质量分数大于8.5%,无锡全立化工有限公司。

    开炼机:X(S)K-160,上海双翼机械有限公司;捏合机:5 L,江苏如皋市井上捏合机械厂;平板硫化机:QLB-25D/Q,上海双翼机械有限公司;电子拉力试验机:AL-7000 L,高铁检测仪器有限公司;永久压缩歪度测试夹具:GT-7049,压缩率为25%,高铁检测仪器有限公司;Taber磨耗仪:Taber5130,上海巨贸科学仪器有限公司;切试片机:GT-7016,高铁检测仪器有限公司;老化烘箱:101A-2,上海实验电炉厂;测厚仪:Q/DBFF2-2003,上海六棱仪器厂;硬度计:Shore-A,高铁检测仪器有限公司。

    1.2  胶辊用混炼硅橡胶的配制

    混炼硅橡胶的基本配方:98份甲基乙烯基硅橡胶生胶12份甲基乙烯基硅橡胶生胶255份白炭黑、80份石英粉、4.8份羟基硅油、3份多乙烯基增硬剂。

    按配方将甲基乙烯基硅橡胶生胶、白炭黑、石英粉、多乙烯基增硬剂、耐热添加剂、结构化控制剂等投入捏合机中冷炼,待胶料捏合成团后升温抽真空(真空度-0.07-0.08 MPa),在150-170热炼1小升温至180后出料(此过程使胶料的热处理效果更好,同时抽出低分子物质,使胶料的性能更优异和稳定);待胶料冷却后在开炼机上1 mm薄通5遍,得试验用混炼硅橡胶。

    1.3  制样及性能测试

    在胶料中加入质量分数为1%的硫化剂,在开炼机上1mm薄通10遍;于175硫化5 min;再分别用哑铃和直角裁刀裁取,制成标准试片(以下数据均由一次硫化试片测得)

    拉伸强度、伸长率:按GB/T528-1998测试;撕裂强度:按GB/T529-1999直角型测试;邵尔A硬度:按GB/T 531-1999测试;磨耗:按GB/T1689-1998测试;压缩变形:按GB/T7759-1996测试,在177下压缩22 h(样品在175×10min条件下一次硫化、200×4h条件下二次硫化后);热空气老化:按GB/T3512-2001进行。

    2  结果与讨论

    2.1  白炭黑种类及用量对胶辊用硅橡胶性能的影响

    白炭黑作为硅橡胶的主要补强填料,其种类及用量将直接影响硅橡胶的性能。表1是采用基本配方、改变白炭黑的种类对热硫化硅橡胶性能的影响。

    1  白炭黑种类对硅橡胶1)性能的影响

测试项目

白炭黑型号

909

LP

QS-102

T-40

邵尔A硬度/

81

82

84

86

拉伸强度/MPa

6.9

7.6

8.1

8.7

伸长率/%

133

175

214

258

撕裂强度/kN·m-1

12.8

15.3

17.9

21.7

扯断永久变形/%

1

1

2

4

压缩永久变形/%

9.6

8.5

21.3

22.7

    注:1)石英粉粒径3000目。

    由表1可见,使用气相法白炭黑时,硅橡胶的拉伸强度、伸长率、撕裂强度较高;且白炭黑的比表面积越大,硅橡胶的强度越高。但硅橡胶的压缩永久变形远大于使用沉淀法白炭黑时,且与白炭黑的比表面积关系不大。所以气相法白炭黑不适合做胶辊用硅橡胶的填料。两种沉淀法白炭黑相比,使用LP的硅橡胶表现出更好的综合机械性能;所以,本实验选用沉淀法白炭黑LP作胶辊用硅橡胶的主要填料。

    2是基本配方中改变沉淀法白炭黑LP的用量对胶辊用硅橡胶性能的影响。

    2  沉淀法白炭黑LP的用量对胶辊用硅橡胶性能的影响

测试项目

白炭黑用量/

35

45

55

65

75

邵尔A硬度/

75

79

82

86

88

拉伸强度/MPa

6.3

7.1

7.6

6.5

5.4

伸长率/%

226

147

175

133

89

撕裂强度/kN·m-1

12.7

13.9

15.3

12.4

11.0

扯断永久变形/%

2

1

1

1

1

压缩永久变形/%

8.1

8.2

8.5

9.2

10.5

    由表2可见,随着白炭黑用量的增加,硅橡胶的拉伸强度和撕裂强度都是先增后降,在白炭黑加入量为45-55份时出现极大值。因此,白炭黑的加入量选择45-55份。

    2.2  不同乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶的质量比对胶辊用硅橡胶性能的影响

    3是基本配方中改变不同乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶的质量比(m生胶1/m生胶2)对胶辊用硅橡胶性能的影响。

    3  不同乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡胶生胶的质量比对胶辊用硅橡胶性能的影响

测试项目

m生胶1/m生胶2

100/0

99/1

98/2

95/5

92/8

90/10

邵尔A硬度/

75

77

82

84

86

88

拉伸强度/MPa

6.3

6.8

7.6

6.9

5.6

5.1

伸长率/%

225

203

175

135

98

92

撕裂强度/kN·m-1

14.6

15.0

15.3

13.7

10.2

9.8

扯断永久变形/%

3

1

1

1

1

1

压缩永久变形/%

15

12.3

8.5

8.3

8.3

8.0

    由表3可见,随着高乙烯基含量甲基乙烯基硅橡胶生胶2用量的增加,硅橡胶的硬度逐渐增加,压缩永久变形逐渐减小;强度则是先升后降,在生胶2质量分数为2%时出现极大值。所以高乙烯基含量甲基乙烯基硅橡胶垂胶的质量分数应控制在2%-5%

    2.3  多乙烯基增硬剂的用量对胶辊用硅橡胶性能的影响

胶辊在使用中需承受一定压力。为了使胶辊在长时间受压后能够保持良好的弹性,要求硅橡胶应具有良好的压缩永久形变。加入多乙烯基增硬剂可提高硅橡胶的压缩永久形变。表4是基本配方中改变多乙烯基增硬剂的用量对胶辊用硅橡胶性能的影响。

    4  多乙烯基增硬剂用量对胶辊用硅橡胶性能的影响

测试项目

多乙烯基增硬剂用量/

0

1

3

5

7

9

邵尔A硬度/

73

76

82

85

87

88

拉伸强度/MPa

7.6

7.5

7.5

6.3

5.8

5.2

伸长率/%

227

203

175

142

117

99

撕裂强度/kN·m-1

20.5

17.3

15.3

13.2

10.7

9.4

扯断永久变形/%

3

2

1

1

1

1

压缩永久变形/%

18

13.7

8.5

8.3

8.1

8.0

    由表4可见,随着多乙烯基增硬剂加入量的增加,胶料的硬度逐渐增加,伸长率、拉伸强度、撕裂强度和压缩永久形变逐渐变小;当多乙烯基增硬剂的加入量大于3份后,硅橡胶的压缩永久形变改善不大,而其伸长率、拉伸强度、撕裂强度下降比较严重。所以,多乙烯基增硬剂的加入量选择3份。

    2.4  石英粉的粒径及其用量对胶辊用硅橡胶性能的影响

    胶辊用硅橡胶在被制成胶辊后需经过后加工才能成为正式产品,胶辊的后加工对硅橡胶的耐磨性能提出了较高的要求。在与客户的接触中发.现:如果硅橡胶的磨耗偏小,就会导致胶辊的后加工性非常差、不易打磨,影响了生产工时和产品质量;但如果硅橡胶的磨耗太大,又会影响胶辊的质量和使用寿命。所以一般胶辊的磨耗体积都要求控制在1 cm3左右。这就需要在制作胶辊用硅橡胶时除加入白炭黑外,再添加其它填料以改善其磨耗和加工性能。本实验选择了石英粉。表5为基本配方中改变石英粉的粒径与加入量对胶辊用硅橡胶性能的影响。

    5  石英粉的粒径与加入量对胶辊用硅橡胶性能的影响

测试项目

1250目石英粉

3000目石英粉

50

80

100

50

80

100

邵尔A硬度/

78

81

83

79

82

84

拉伸强度/MPa

7.6

6.8

5.7

8.4

7.5

6.5

伸长率/%

210

167

129

215

175

134

撕裂强度/kN·m-1

15.3

12.1

10.5

17.6

15.3

12.5

扯断永久变形/%

2

1

1

2

1

1

压缩永久变形/%

12.5

8.9

7.8

10.2

8.5

7.3

摩擦损耗/cm3

1.235

1.575

2.121

0.882

1.020

1.563

    由表5可见,石英粉用量相同时,其粒径越小,补强效果越好,硅橡胶的摩擦损耗也小一点;石英粉粒径相同时,加入量越大,硅橡胶的摩擦损耗越大。当加入80份粒径为3000目的石英粉时,硅橡胶的摩擦损耗正好符合胶辊加工中的性能要求。

    2.5  热稳定剂种类对胶辊用硅橡胶性能的影响

    硅橡胶胶辊常用于印刷、复膜、塑料薄膜延压等高温环境,这要求硅橡胶具有较好的耐高温性能。表6是采用基本配方、改变热稳定剂的种类对硅橡胶耐热性能的影响。

    6  热稳定剂种类对胶辊用硅橡胶性能的影响

测试项目

未加热稳定剂

3%纳米氧化铈

5%三氧化二铁

1%自制热稳定剂

一次硫化后

 

 

 

 

邵尔A硬度/

82

81

81

82

伸长率/%

175

163

182

170

拉伸强度/MPa

7.5

7.1

7.3

7.5

二次硫化后

 

 

 

 

邵尔A硬度/

84

83

83

83

伸长率/%

110

122

160

165

拉伸强度/MPa

6.3

6.5

7.2

7.9

180×22h

 

 

 

 

邵尔A硬度/

86

85

83

83

伸长率/%

90

96

131

145

拉伸强度/MPa

4.8

5.0

6.5

7.5

225×70h

 

 

 

 

邵尔A硬度/

88

87

84

85

伸长率/%

50

60

114

110

拉伸强度/MPa

2.8

3.7

5.8

6.4

    由表6可见,热稳定剂种类对硅橡胶老化前的性能影响并不大;在200×4h条件下二次硫化后,空白样的硬度和机械性能都有较大的变化,而加入热稳定剂的硅橡胶的硬度和机械性能变化不大,其中又以加入自制热稳定剂的硅橡胶的性能变化率最小;在180×22h条件下老化后,这几种硅橡胶样品的硬度都升高,而伸长率和拉伸强度都下降,其变化幅度依次是:空白样>加入氧化铈的样品>加入三氧化二铁的样品>,加入自制热稳定剂的样品,加入自制热稳定剂的样品的拉伸强度仍保持在7.5 MPa;在225×70h条件下老化后,空白样和加入氧化铈的样品几乎失去了拉伸强度,而加入三氧化二铁和自制热稳定剂的样品的拉伸强度变化率却能控制在20%以内。因此,本实验选择自制的热稳定剂;且该热稳定剂的颜色较浅、加入量辣少,可用于制造浅色制品。

    2.6  胶辊用硅橡胶的综合性能

    按较佳配方制成的胶辊用硅橡胶HT-2980N的性能见表7

    7  胶辊用HTV硅橡胶HT-2980N与国外同类产品的性能比较

测试项目

HT-2980N

Dow Corning NPC-80

一次硫化

二次硫化

一次硫化

二次硫化

邵尔A硬度/

82

82

83

84

拉伸强度/MPa

7.5

7.9

7.7

8.2

伸长率/%

175

165

99

87

撕裂强度/kN·m-1

15.3

16.8

11.5

13.0

扯断永久变形/%

1

1

1

1

压缩永久变形/%

8.5

 

 

9.1

摩擦损耗/cm3

1.020

 

0.994

 

    由表7可见,HT-2980N胶辊用HTV硅橡胶的机械性能达到或超过了国外同类产品的水平,经客户试用反映良好,现已在胶辊行业批量使用。

    3  结论

    胶辊用HTV硅橡胶的较佳配方为:将乙烯基摩尔分数为0.08%的甲基乙烯基硅橡胶生胶和乙烯基摩尔分数为8%的甲基乙烯基硅橡胶生胶按98/2-95/5的按质量比并用,填料为55份沉淀法白炭黑LP80份粒径3000目的石英粉,多乙烯基增硬剂用量为3份,加入1%自制的热稳定剂。按此配方制成的HTV硅橡胶在177×22h条件下的压缩永久变形小于10%、拉伸永久变形小于2%、抗拉与抗撕性能优越、耐磨性及耐老化性好,能满足制造工业用硅橡胶胶辊的要求。

最新评论

暂无评论。

登录后可以发表评论


意见反馈
返回顶部