氫化丁腈橡膠與不飽和非極性橡膠的硫化粘合試驗研究

錢文皎，張清紅，辛麗紅，詹正云

[贊南科技（上海）有限公司，上海 201108]

天然橡膠（NR）、順丁橡膠（BR）、丁苯橡膠（SBR）和異戊橡膠（IR）等不飽和非極性橡膠具有彈性好、強度高、生熱低、耐屈撓性好、滯后損失小等特性，通常被用于輪胎、膠輥、橡膠輸送帶、橡膠減震器等，但其耐熱、耐油、耐天候老化性能差，使其在特種產(chǎn)品中的應(yīng)用受到限制。氫化丁腈橡膠（HNBR）具有優(yōu)異的耐磨性能，兼具優(yōu)良的耐熱、耐候、耐臭氧、耐化學(xué)腐蝕性能[1]。將HNBR作為面膠與不飽和非極性橡膠基體硫化粘合，可最大程度發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，使產(chǎn)品性能大幅提高。

HNBR與不飽和非極性橡膠的極性相差很大，直接硫化粘合非常困難。當(dāng)不同表面接觸時，在兩者引力常數(shù)相同、溶解度參數(shù)相近的情況下，界面的結(jié)合力最大[2]。本工作通過粘合過渡層（以下簡稱過渡層）膠料配方的試驗研究，解決HNBR與不飽和非極性橡膠的粘合問題。

1 實驗

1.1 主要原材料

HNBR，牌號為ZN35355，贊南科技（上海）有限公司產(chǎn)品；羧基丁腈橡膠（XNBR），牌號為1072CG，南帝化工有限公司產(chǎn)品；NR，20#標(biāo)準(zhǔn)膠，馬來西亞進(jìn)口產(chǎn)品；SBR（牌號為1502）和BR（牌號為9000），中國石化齊魯石化公司產(chǎn)品；炭黑N115，N220和N550，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號為255，南吉化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

X（S）K-160型開煉機(jī)，無錫市后宅振新機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB D/Q型平板硫化機(jī)，江都市昌隆試驗機(jī)械廠產(chǎn)品；TCS2000型拉力機(jī)，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗配方

HNBR和不飽和非極性基體橡膠試驗配方如表1所示。其中基體配方參考橡膠工業(yè)手冊中輪胎胎面膠基本配方。

表1 HNBR和不飽和非極性基體橡膠試驗配方 份

過渡層膠配方如表2所示。

表2 過渡層膠配方 份

1.4 試樣制備

膠料在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉。橡膠塑煉1 min后加入小料，混煉約3 min后加入填料，待填料全部分散均勻后加入硫化劑，膠料混煉均勻后薄通6次下片。

將需要粘合的兩種膠料按GB/T 532—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠與織物粘合強度的測定》在平板硫化機(jī)上硫化制作標(biāo)準(zhǔn)試樣，需要硫化粘合的兩種膠料的厚度各為1 mm，放在厚度為2 mm的模腔中硫化，硫化條件為160 ℃×t90/15 MPa。

1.5 性能測試

采用TCS2000型拉力機(jī)按GB/T 532—2008進(jìn)行兩種膠料的粘合強度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 HNBR與不飽和非極性橡膠粘合

HNBR與輪胎胎面膠硫化粘合后剝離，即分別對HNBR與NR，NR/SBR和NR/BR膠料進(jìn)行剝離試驗，結(jié)果均為剝離、膠層未破壞，如圖1所示。

圖1 剝離、膠層未破壞測試結(jié)果

由此可見，HNBR與不飽和非極性橡膠硫化粘合后，兩層膠片直接被剝離開，極性差異是影響不同橡膠間粘合的主要因素[3]。

2.2 不同過渡層膠溶解度參數(shù)計算

根據(jù)查閱文獻(xiàn)資料[4-6]以及計算可得極性橡膠和非極性橡膠的三維溶解度參數(shù)，聚合物溶解度相差越小，兩者之間的溶解度越好。加入XNBR的過渡層增大了NR的極性，可以很好地與極性橡膠和非極性橡膠相容。

HNBR，NR，XNBR，BR和SBR的三維溶解度參數(shù)分別為19.1～22.0，16.4，17.6，16.5和17.4（J·cm-3）1/2。根據(jù)過渡層膠配方中NR/XNBR并用比計算溶解度參數(shù)，NR/XNBR并用比為0/100，20/80和40/60的并用膠的三維溶解度參數(shù)分別為17.6，17.4和17.1 （J·cm-3）1/2。由此可見，NR/XNBR并用比為40/60的過渡層溶解度參數(shù)更接近非極性橡膠BR和NR，因此過渡層膠選用配方C。

2.3 過渡層膠與不飽和非極性橡膠粘合

過渡層膠與不飽和非極性橡膠硫化粘合后剝離，即分別對過渡層膠與NR，NR/SBR和NR/BR膠料進(jìn)行剝離試驗，結(jié)果均為未剝離、膠層破壞，如圖2所示。

圖2 未剝離、膠層破壞測試結(jié)果

由此可見，兩種膠料之間的硫化粘合強度超出其各自的強度，這可能是由于XNBR中加入NR可以稀釋XNBR的極性，且過渡層膠中含有部分NR，根據(jù)相似相容原理，過渡層膠可以與非極性橡膠很好地浸潤，為產(chǎn)生良好結(jié)合提供條件[7]。

2.4 過渡層膠與HNBR粘合

對過渡層膠與HNBR膠料進(jìn)行剝離試驗，結(jié)果為未剝離、膠層破壞。

由此可見，過渡層膠與HNBR膠料的粘合良好。過渡層膠中的XNBR使兩者有良好的相容性，粘合界面起到了物理吸附和共硫化效應(yīng)[8]。

3 結(jié)論

（1）HNBR與不飽和非極性橡膠直接硫化粘合效果差，膠片可以直接剝離。

（2）NR/XNBR并用比為40/60的過渡層膠與極性橡膠HNBR和不飽和非極性橡膠的硫化粘合效果均較好，膠片不能直接剝離。

采用該過渡層膠后，HNBR與輪胎胎面膠未出現(xiàn)界面剝離，解決了HNBR與不飽和非極性橡膠之間的硫化粘合問題，從而為制造HNBR/不飽和非極性橡膠復(fù)合制品奠定了基礎(chǔ)。