增強三元乙丙橡膠粘合性能的研究
摘要：研究烷基酚醛樹脂用量、硫化劑DCP/TAIC用量比、增塑劑用量以及硫化工藝對三元乙丙橡膠（EPDM）粘合性能的影響。結果表明：烷基酚醛樹脂可提高EPDM與聚酯線繩的粘合性能；隨硫化劑DCP/TAIC用量比增大，EPDM與聚酯線繩的粘合性能先提高后保持不變，用量比為9/1時綜合性能最佳；EPDM與聚酯線繩的粘合性能隨增塑劑2280用量增大幾乎呈線性下降趨勢；在充分硫化情況下，低溫長時間硫化和高溫快速硫化工藝對粘合性能影響不大，為提高生產效率，EPDM汽車多楔帶可采用高溫快速硫化工藝。
關鍵詞：三元乙丙橡膠；烷基酚醛樹脂；粘合性能；硫化；汽車多楔帶
汽車多楔帶是用在發動機上靠摩擦力起傳動作用的汽車零部件，主要功能是帶動汽車壓縮機空調、發電機、水泵和動力轉向泵等部件運轉，三元乙丙橡膠（EPDM）以優異的耐高溫、耐磨、耐臭氧等性能成為目前制造汽車多楔帶的首選膠種。汽車多楔帶通常由橡膠基體、骨架線繩和帆布層三部分組成。目前國內自主品牌的汽車多楔帶質量與國外知名企業還存在一定差距，常出現帶楔撕裂、線繩抽出、脫層、異響等故障，這與橡膠基體和骨架線繩以及帆布層的粘合性能差有密切關系，主要是因為EPDM是非極性橡膠，自粘性和互粘性較差。目前關于EPDM的研究主要集中在力學性能[1]、耐老化性能和共混[2-3]方面，對粘合性能的研究較少。本工作基于上述背景，從配方和工藝上探索增強EPDM粘合性能的途徑。
1 實驗
1. 1 原材料
EPDM，牌號4450，阿朗新科公司產品；烷基酚醛樹脂，牌號AD2110，上海怡創化工有限公司產品；增塑劑2280，寧波漢圣化工有限公司產品；炭黑N774，美國卡博特公司產品；硫化劑DCP和TAIC，荷蘭阿克蘇諾貝爾公司產品；聚酯線繩，規格2×3，米勒工程線繩（蘇州）有限公司產品；其余原材料均為常用市售產品。
1. 2 配方
基本配方：EPDM 100，炭黑N774 60，氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑ODA 2，防老劑MBZ 0. 5。
在基本配方基礎上，加入烷基酚醛樹脂、增塑劑和硫化劑進行變量試驗。
1. 3 主要設備和儀器
S（X）K-160A 型雙輥開煉機和QLB-D350×350×2型平板硫化機，上海橡膠機械一廠有
限公司產品；GT-M2000-A型無轉子硫化儀和GTAI7000-M型電子拉力機，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產品；邵氏A型硬度測定儀，上?；C械四廠產品。
1. 4 試樣制備
首先將EPDM生膠在0. 8 mm輥距下塑煉（薄通3次），然后將塑煉后的膠料在開煉機上混煉，混煉工藝為：輥距調至2 mm，依次加入防老劑、氧化鋅、硬脂酸，吃粉完畢后再依次加入炭黑、增塑劑，最后加入硫化劑，吃粉完畢后左右割刀3/4重復2次，薄通、打三角包5次后出片?；鞜捘z停放24 h后硫化，硫化條件為170℃×1. 5t90。硫化膠在標準溫度（23±5） ℃下停放24 h后進行性能測試。
1. 5 性能測試
（1）粘合性能。以EPDM與聚酯線繩的H抽出力作為衡量指標，按GB/T 2942—2009進行測試。
（2）其余各項性能均按照相應的國家標準進行測試。
2 結果與討論
2. 1 烷基酚醛樹脂用量對EPDM性能的影響
在基本配方的基礎上，加入烷基酚醛樹脂并進行變量試驗，其他組分和用量為增塑劑2280 5，硫化劑DCP 7，硫化劑TAIC 3。
2. 1. 1 粘合性能
烷基酚醛樹脂用量對EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖1所示。
從圖1可以看出，隨烷基酚醛樹脂用量增大，H抽出力明顯增大，EPDM粘合性能提高。分析原因為烷基酚醛樹脂分子結構中的烷基可與EPDM分子鏈發生共交聯反應，分子結構中的酚羥基可與聚酯線繩表面的RFL（間苯二酚甲醛膠乳）涂層形成氫鍵，從而使烷基酚醛樹脂成為很好的“橋梁”，將橡膠與聚酯線繩緊密結合起來。
2. 1. 2 硫化特性和物理性能
烷基酚醛樹脂用量對EPDM膠料硫化特性和物理性能的影響如表1所示。
從表1可以看出：隨著烷基酚醛樹脂用量的增大，膠料的t5和t90均延長，這是因為烷基酚醛樹脂中的酚羥基終止了部分過氧化物如硫化劑DCP分解產生的自由基，從而延遲硫化，在一定程度上提高了加工安全性；Fmax和100%定伸應力下降，拉斷伸長率提高，說明體系交聯密度降低，這也是因為烷基酚醛樹脂分子結構中的酚羥基終止了部分過氧化物自由基；邵爾A型硬度提高，說明烷基酚醛樹脂有增硬效果；拉伸強度提高，分析原因可能為交聯網絡的均勻性提高。
2. 2 硫化劑DCP/TAIC用量比對EPDM性能的影響
在基本配方的基礎上，加入硫化劑DCP和TAIC并改變二者的用量比進行變量試驗，其他組分和用量為烷基酚醛樹脂 4，增塑劑2280 5，硫黃 0. 3。
2. 2. 1 粘合性能
硫化劑DCP/TAIC用量比對EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖2所示。
從圖2可以看出，在硫化劑總用量不變的情況下，隨著主硫化劑DCP用量的增大及助硫化劑TAIC用量的減小，EPDM與聚酯線繩的H抽出力先提高后保持不變，當硫化劑DCP用量為8份時，H抽出力最高。分析原因為在低硫化劑DCP用量下，隨著硫化劑DCP用量增大，在烷基酚醛樹脂的“橋梁”作用下，聚酯線繩與EPDM共交聯程度增大，H抽出力提高；當硫化劑DCP用量超過8份后，共交聯程度已達到飽和，硫化劑DCP用量的增大已不能促進粘合性能的進一步提高。
2. 2. 2 硫化特性和物理性能
硫化劑DCP/TAIC用量比對EPDM膠料硫化特性和物理性能的影響如表2所示。
從表2可以看出：隨著硫化劑DCP/TAIC用量比的增大，膠料的t5和t90縮短，焦燒時間縮短不利于膠料的加工安全性；Fmax、邵爾A型硬度、100%定伸應力和拉伸強度提高，拉斷伸長率下降，這是體系交聯密度增大的結果。從粘合性能、硫化特性和物理性能方面綜合考慮，硫化劑DCP/TAIC用量比以9/1為最佳。
2. 3 增塑劑2280用量對EPDM性能的影響
在基本配方的基礎上，加入增塑劑2280并進行變量試驗，其他組分和用量為烷基酚醛樹脂 4，硫黃 0. 3，硫化劑DCP 9，硫化劑TAIC 1。
2. 3. 1 粘合性能
增塑劑2280用量對EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖3所示。
從圖3可以看出，隨著增塑劑2280用量的增大，H抽出力幾乎呈線性下降趨勢，這是因為增塑劑的加入阻礙了EPDM與聚酯線繩的共交聯作用，因此降低了EPDM與聚酯線繩的粘合性能。
2. 3. 2 物理性能
增塑劑2280用量對EPDM硫化膠物理性能的影響圖4所示。
從圖4可以看出，隨著增塑劑2280用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力和拉伸強度均降低，拉斷伸長率提高，綜合物理性能下降。綜上所述，在EPDM中加入增塑劑2280對其粘合性能和物理性能均不利，因此在EPDM配方設計時應不用或少用增塑劑。
2. 4 硫化工藝對EPDM粘合性能的影響
根據2. 3節的試驗，配方中不添加增塑劑，研究硫化工藝對EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響， 結果如圖5所示。
從圖5可以看出，在保證EPDM膠料充分硫化的前提下，硫化工藝對EPDM與聚酯線繩粘 合性能的影響不大，因此為提高生產效率，EPDM汽車多楔帶可采用高溫快速硫化工藝。
3 結論
（1）烷基酚醛樹脂可提高EPDM與聚酯線繩的粘合性能，并有防止焦燒和增硬效果。
（2）在硫化劑總用量不變的情況下，隨著主硫化劑DCP用量的增大及助硫化劑TAIC用量的減小，EPDM與聚酯線繩的粘合性能先提高后保持不變，膠料焦燒時間縮短，物理性能提高。硫化劑DCP/TAIC用量比為9/1時，綜合性能最佳。
（3）隨著增塑劑2280用量的增大，EPDM與聚酯線繩的粘合性能幾乎呈線性下降趨勢，且膠料物理性能降低，因此在EPDM配方設計時應不用或少用增塑劑。
（4）在保證EPDM膠料充分硫化的前提下，無論采用低溫長時間硫化，還是高溫快速硫化，對EPDM與聚酯線繩的粘合性能影響不大，通常情況下為提高生產效率，EPDM汽車多楔帶可采用高溫快速硫化工藝。
本文作者：王滕滕 （寧波裕江特種膠帶有限公司，浙江 寧波 315000）
參考文獻：
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[3] 王磊，孫全吉，趙文博，等. 高性能纖維的表面改性及其與橡膠基體的界面粘合性能研究進展[J]. 橡膠工業，2020，67（7）：545-550.