李愛民，毛學(xué)斌，李方山

（1.安徽中鼎密封件股份有限公司，安徽寧國(guó)242300；2.安徽安大中鼎橡膠技術(shù)開發(fā)有限公司，安徽合肥230038；3.安徽省高性能橡膠材料及制品實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥230038）

梭輪是圓織機(jī)重要的配套零部件，結(jié)構(gòu)一般為鐵芯外包覆實(shí)心高分子彈性體材料。在使用工況下，梭輪需要承受較大的離心力和摩擦力，在運(yùn)動(dòng)軌跡方向上，高分子彈性體材料在力的作用下不斷重復(fù)壓縮-松弛-恢復(fù)的形變過程[1]。在此過程中，由材料本身的高彈性形變產(chǎn)生的滯后生熱和宏觀摩擦生熱會(huì)導(dǎo)致梭輪溫度急劇上升。由于絕大多數(shù)高分子彈性體材料是熱的不良導(dǎo)體，無(wú)法及時(shí)導(dǎo)出內(nèi)部蓄積的熱量，會(huì)導(dǎo)致梭輪材料快速升溫降解而出現(xiàn)破裂、崩塊和脫膠現(xiàn)象。

隨著高速圓織機(jī)的開發(fā)成功，圓織機(jī)梭子用梭輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，轉(zhuǎn)速可高達(dá)3 000～4 000 r/min，需要開發(fā)出高性能梭輪用高分子彈性體材料，以滿足梭輪制品的更高要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

丁腈橡膠NBR N230S（日本JSR 株式會(huì)社）；羧基丁腈NX775（日本瑞翁化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社）；NBR/PVC（中鼎公司自制）；混煉型聚氨酯橡膠MPU 643G（萊茵公司）；間接法氧化鋅（安徽含山錦華氧化鋅廠）；硬脂酸（杭州油脂化工有限公司）；白炭黑，ZEOSIL 175MP（索爾維精細(xì)化工有限公司）；硫磺（珠海科茂有限公司）；過氧化物DCP（太倉(cāng)塑料助劑廠）；酚醛樹脂（溴甲基烷基苯酚甲醛樹脂）（美國(guó)圣萊科特公司）；其他原材料均為市售產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

X（S）K-160 開放式煉膠（塑）機(jī)；QLB-50D/Q 平板硫化機(jī)；高鐵AI-7000S 電子拉力試驗(yàn)機(jī)；LX-A 型橡膠硬度計(jì)；Gibitre 橡膠回彈性測(cè)試儀；SS-5643-D 滾筒式磨耗試驗(yàn)機(jī)；TPS2500S 熱常數(shù)分析儀；梭輪臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)（自制）。

1.3 樣品制備

將除生膠外配料先按配方比例混合，充分?jǐn)嚢柚辆鶆蚍稚?，再與生膠在開煉機(jī)上混煉；均勻后薄通3 次，停放24 h 出片硫化，停放24 h 后測(cè)試各項(xiàng)性能。膠片硫化條件為175℃×10 min，硫化性能測(cè)試在流變儀上進(jìn)行，條件為175℃×15 min。

1.4 硫化膠的性能測(cè)試

按照GB 2941 制樣；按GB/T 531.1 測(cè)試邵爾A 型硬度；按照GB528 測(cè)試?yán)煨阅?；按照GB/T 1681 測(cè)試回彈性能；按照GB/T 9867 測(cè)試滾筒磨耗；按照ISO22007 測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

表1 不同彈性體材料對(duì)性能的影響

表2 不同彈性體材料試制品梭輪臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的性能

2.1 彈性體材料的選擇

混煉型聚氨酯MPU 材料強(qiáng)度高，耐磨性好，是一種制備高強(qiáng)度高耐磨制品的優(yōu)良材料[2]，但其在高速摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)內(nèi)部蓄熱快，制品內(nèi)部溫度短時(shí)間內(nèi)急劇升高，很快出現(xiàn)崩塊掉落現(xiàn)象。NBR/PVC 合金材料由于含有一定含量的塑料成分，導(dǎo)致材料彈性降低，發(fā)硬變脆，更易出現(xiàn)崩塊掉落現(xiàn)象。與丁腈橡膠相比，羧基丁腈橡膠由于結(jié)構(gòu)中引入了可反應(yīng)性的羧基基團(tuán)，這使得其不僅可以與硫黃-促進(jìn)劑或過氧化物硫化，在雙鍵位置形成共價(jià)型交聯(lián)鍵，同時(shí)還可與二價(jià)金屬氧化物或其鹽反應(yīng)形成離子型交聯(lián)鍵，而對(duì)整個(gè)大分子網(wǎng)絡(luò)有明顯的補(bǔ)強(qiáng)及增硬作用，但材料彈性形變性能下降。在高頻應(yīng)力作用下摩擦生熱增大，加之導(dǎo)熱性差，無(wú)法及時(shí)導(dǎo)出蓄熱，臺(tái)架實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品很快破壞。

丁腈橡膠NBR 中的丙烯腈結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)吸電子能力，提高了烯丙基位置上氫的穩(wěn)定性，因此中、高丙烯腈含量的NBR 有較好的耐熱性能。同時(shí)，丙烯腈含量的增加，結(jié)構(gòu)單元的極性增強(qiáng)，大分子間相互作用力增大，使丁腈橡膠獲得了更高的耐磨損性[3]。從表1 和表2 可得，綜合基本物性及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果，N230S 是較為理想的制備梭輪的橡膠彈性體材料。

2.2 填充體系的優(yōu)化

表3 不同填充體系對(duì)N230S 材料的性能影響

表4 不同填充體系對(duì)N230SNBR 試制品臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的性能影響

由于梭輪是淺色制品，所以選用白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)填料。以N230S 為基礎(chǔ)材料，研究了不同添加比例和配合體系的氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑對(duì)材料性能的影響。結(jié)果顯示，氣相法白炭黑（g-SiO2）的粒徑小于沉淀法白炭黑（p-SiO2），比表面積更大，活性更高，補(bǔ)強(qiáng)效果更好。隨著白炭黑添加量的增加，其在基體中微相分散的連續(xù)度增加，可以提高材料的拉伸強(qiáng)度。硅烷偶聯(lián)劑Si-69 是改性白炭黑表面化學(xué)特性的有效活性劑，它既含有能與白炭黑表面硅醇基反應(yīng)的官能團(tuán)，又含有能在硫化過程中與橡膠鍵合的官能團(tuán)，使其在白炭黑與橡膠大分子之間化學(xué)“架橋”，最終產(chǎn)生較多的填充劑——橡膠鍵，提高了硫化膠的拉伸強(qiáng)度和耐磨性[4]。配合硅烷偶聯(lián)劑后，N230S 硫化膠的交聯(lián)密度增加，導(dǎo)熱系數(shù)略有提高。添加份數(shù)以70 份為宜，繼續(xù)提高添加量會(huì)使力學(xué)性能下降。

2.3 硫化體系的優(yōu)化

表5 硫化體系對(duì)N230S 硫化膠材料的性能影響

表6 硫化體系對(duì)N230S 試制品臺(tái)架實(shí)驗(yàn)的性能影響

硫磺硫化體系，交聯(lián)鍵以單硫鍵和多硫鍵為主，材料回彈性能較好。但由于多硫鍵鍵能較低，導(dǎo)致耐熱性下降，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的內(nèi)部生熱加速了材料的熱老化過程，臺(tái)架實(shí)驗(yàn)性能較差。過氧化物硫化體系可以提高交聯(lián)密度，同時(shí)交聯(lián)鍵以C-C 鍵為主，鍵能高，可以提高耐熱性和耐磨性。但由于交聯(lián)密度的提高，材料的彈性形變性能變差，回彈性能下降。酚醛樹脂硫化體系在硫化過程中能形成鍵能較高、熱穩(wěn)定較好的-C-C-和-C-O-C 交聯(lián)鍵，幾乎不產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象，具有較高的耐熱性。綜合基本物性及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果，酚醛樹脂是較為理想的制備梭輪的橡膠彈性體材料硫化體系。

3 結(jié)論

（1）研制了高性能紡織梭輪橡膠配方，基礎(chǔ)配方為：N230S 100，氣相法白炭黑70，硅烷偶聯(lián)劑2，氧化鋅5，硬脂酸1，潤(rùn)滑劑1，酚醛樹脂15，其他。

（2）轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，載荷為200 N，頻率為50 Hz 時(shí)，梭輪臺(tái)架疲勞耐久試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)超過90 h。