氧化锌在橡胶动态疲劳破坏历程中的作用机理

作者:崔雪静;苏俊杰;姜瑞玉;张文洁;赵季若;冯莺 刊名:合成橡胶工业 上传者:李玲

【摘要】研究了氧化锌(ZnO)在天然橡胶(NR)动态疲劳破坏历程中的作用机理。结果表明,当ZnO用量为3.0-5.0份时,NR硫化胶的伸张疲劳性能最佳。ZnO用量为5.0份时,消除了硫化返原现象,NR硫化胶的综合性能较佳。随着ZnO用量的增加,NR硫化胶压缩疲劳生热呈现降低的趋势。屈挠疲劳裂1:1随着屈挠次数的增加而增大,当ZnO用量超过5.0份以后,相同屈挠程度下的NR硫化胶疲劳裂口长度随ZnO用量不同的变化较小。

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氧化锌(Zn O)是橡胶加工中一种重要的无机组分,关于Zn O的性能对橡胶加工影响的研究一直没有间断[1]。Zn O能通过活化硫化促进剂,从而促进硫化反应,但是并未对硫和橡胶分子链结构产生直接的影响[2]。Moore等[3-4]认为Zn O是交联反应的活化剂,主要影响橡胶交联程度,同时能提高硫化胶的耐热性能。Zn O作为交联反应的活化剂与硬脂酸作用形成锌皂,从而提高其在胶料中的溶解度,并与促进剂形成络合物使促进剂更加活泼,活化硫黄,促进橡胶发生交联反应制成硫化橡胶制品[5-6]。橡胶制品在周期应力作用下引发的疲劳断裂,往往决定了橡胶制品的疲劳寿命[7]。橡胶大分子链在重复应力作用下,形成微破坏并在其周围产生应力弛豫,再经一定时间作用后产生以破坏中心为起点的微破坏扩展[8]。橡胶材料的动态疲劳特性对橡胶制品的安全性和可靠性有较大的影响,其不仅取决于疲劳破坏条件和动态变形过程中橡胶材料的微观结构和物理性能的变化,胶料配方对橡胶材料的动态疲劳破坏也有较大的影响[9-11]。本工作研究了Zn O在天然橡胶(NR)动态疲劳破坏历程中的作用机理。1实验部分1.1原材料NR,1号烟片胶,马来西亚产;炭黑,牌号N 330,上海卡博特公司产品;Zn O,牌号Zn O-97,分析纯,粒径50~100 nm,比表面积45~60 m2/g,青岛莱茵化学有限公司产品;其他原料均为市售品。1.2试样制备制备试样的基本配方(质量)为:NR 100份,炭黑60份,硬脂酸2,防老剂4020 2,促进剂二硫化四甲基秋兰姆(TT)0.6份,促进剂二硫化苯并噻唑(DM)1份,硫黄2份,Zn O变量。将Thermo公司生产的Poloy Lab OS-Rheomix3000型Haake转矩流变仪温度设定为90℃,将预先在青岛赛轮精密检测仪器有限公司生产的BL-6175型双辊开炼机上塑炼好的NR加入到转矩流变仪中,然后依次加入Zn O、硬脂酸、防老剂4020、炭黑,混炼6 min后出料。然后在青岛赛轮精密检测仪器有限公司生产的BL-6175型双辊开炼机上加促进剂TT、促进剂DM和硫黄,薄通下片,停放24 h。然后在深圳佳鑫电子设备科技有限公司生产的HS 100 TRTMO-950型平板硫化机上硫化,硫化温度为151℃,硫化时间取正硫化时间(t90)。Zn O加入量分别为0.3,1.5,3.0,5.0,8.0,10.0份的试样,分别记为试样1#,2#,3#,4#,5#,6#。1.3分析与测试傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析采用德国Bruker公司生产的TGAIRVERTEX 70型FTIR分析仪测试。扫描电子显微镜(SEM)分析采用日本Hitachi公司生产的JEM-2100 F型SEM,观察硫化胶拉伸断面进行喷金处理后的表面形貌。硫化特性采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-M 2000-A型无转子硫化仪,按GB/T 16584—1996测试,测试温度151℃。屈挠疲劳采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-Q 2012型屈挠疲劳机,按GB/T13934—2006测试屈挠疲劳,每组包括3个半圆形试样,频率5 Hz。伸张疲劳采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-S 2001型伸张疲劳机,按GB 1688—86测试伸张疲劳,每组包括5个哑铃形试样,形变量100%,频率5 Hz。压缩疲劳采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-Y 2015型压缩疲劳机,按GB 1687—1993测试压缩疲劳,每组包括2个圆柱形试样,压缩室温度(55±1)℃,冲程(5.71±0.03)mm,负荷(2.00±0.

参考文献

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