王明輝，秦秀偉

（青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266500）

近年來，隨著汽車制造工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車技術逐步向輕量化、環(huán)保化、舒適化和經(jīng)濟化發(fā)展，客戶對整車的使用要求也越來越高，舒適性和操控性以及個性化設計成為汽車行業(yè)的發(fā)展方向?？諝鈴椈墒窃谙鹉z氣囊形成的柔性密閉空間中充入壓縮空氣，利用空氣的可壓縮性實現(xiàn)彈簧作用的一種非金屬彈簧，具有緩沖、減震等功能。車用空氣彈簧因剛度可變、自振頻率低、高度可控等優(yōu)點，用于車輛懸架裝置中以改善車輛的動力性，并顯著提高運行舒適性和平順性。但是為了保證車輛行駛的穩(wěn)定性和乘客的安全性，絕大部分空氣彈簧未達到使用年限就需進行更換。氣囊外層橡膠龜裂是空氣彈簧常見的問題之一，因此延長惡劣環(huán)境下空氣彈簧氣囊的使用壽命成為重要的研究課題。

空氣彈簧膠料的主體材料一般為天然橡膠（NR）和氯丁橡膠（CR）。NR具有優(yōu)異的物理性能和耐疲勞性能、良好的加工性能、較低的價格[1-3]，但由于分子主鏈不飽和，NR的耐候性能和耐臭氧性能較差；CR具有優(yōu)異的物理性能、耐熱性能、耐臭氧性能和耐天候老化性能，但CR的耐低溫性能較差，且由于極性氯原子的存在，其在加工時對溫度敏感，膠料的混煉操作困難[4-13]。因此，將NR和CR并用可實現(xiàn)性能互補。CR/NR并用膠可較好地應用于空氣彈簧[14-15]。

本工作針對空氣彈簧用CR/NR并用膠，研究CR/NR并用比對并用膠門尼粘度、硫化特性、物理性能、耐熱空氣老化性能和耐臭氧性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號CV60，華君橡膠科技（上海）有限公司提供；CR，牌號DCR40A，日本電化株式會社產(chǎn)品；炭黑N330和N774，美國卡博特公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

CR/NR 100（并用比分別為100/0，85/15，75/25，65/35，55/45，45/55），炭黑N330 30，炭黑N774 25，氧化鋅 5，硬脂酸 1.5，微晶蠟2，防老劑RD 1.5，防老劑4010NA 1，防老劑3100 1.5，硫黃 0.6，促進劑DM 0.5，其他6.4。

1.3 主要設備和儀器

SXK-160型開煉機，廣東利拿實業(yè)有限公司產(chǎn)品；1 L密煉機，上?？苿?chuàng)橡塑機械設備有限公司產(chǎn)品；HS-50T-NTMO型平板硫化機，佳鑫科技有限公司產(chǎn)品；MV-3000型門尼粘度試驗機和M-3000A型無轉子硫化儀，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；TCS-2000型電子拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；Heat Event F 60/60型熱空氣老化箱，德國Votschtechnik公司產(chǎn)品；3MR-3RVB-140型臭氧老化箱，德國Argentox公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

方案1：將CR投入密煉機（密煉室初始溫度55℃）中塑煉1 min，然后加入NR塑煉0.5 min，繼續(xù)加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑等小料及部分炭黑混煉約1 min，最后加入剩余炭黑混煉6 min后排膠（115 ℃）?；鞜捘z在開煉機上進行冷卻開煉，然后加入硫黃和促進劑，膠料混煉均勻后薄通5次、打卷3次，下片。

方案2：將CR和NR先分別與配合劑在密煉機中混煉，再將兩種母煉膠按比例在開煉機上進行混煉，最后在開煉機上冷卻下片。

混煉膠停放16 h后使用平板硫化機硫化，硫化條件為155 ℃/10 MPa×10 min。

1.5 性能測試

硫化特性按照GB/T 16584—1996進行測試；門尼粘度按照GB/T 1232.1—2016進行測試；邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2009進行測試；拉伸性能按照GB/T 528—2009進行測試；耐熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2014進行測試；壓縮永久變形按照GB/T 7759.1—2015進行測試；耐靜態(tài)臭氧性能按照GB/T 7762—2014進行測試；耐動態(tài)臭氧性能按照GB/T 13642—2015進行測試；耐低溫性能按照GB/T 15256—2014進行測試。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度

門尼粘度反映了膠料的加工性能，門尼粘度高，膠料的加工生熱快，容易焦燒；門尼粘度低，膠料的粘性大，容易粘輥，因此控制膠料合理的門尼粘度對其加工性能和物理性能至關重要?？諝鈴椈捎媚z料需要進行壓延加工處理，因此更需具有合適的門尼粘度。CR/NR并用比對并用膠門尼粘度的影響如圖1所示（混煉工藝為方案1）。

從圖1可以看出，隨著CR/NR并用比的減小，并用膠的門尼粘度有所減小，但未發(fā)生明顯變化，這表明CR與適量NR并用，并用膠的加工性能無需重新設計，門尼粘度的穩(wěn)定性保證了并用膠混煉和壓延過程的穩(wěn)定性。

2.2 硫化特性

CR/NR并用比對并用膠硫化特性（155 ℃）的影響如表1所示（混煉工藝為方案1）。

表1 CR/NR并用比對并用膠硫化特性的影響Tab.1 Influence of CR/NR blending ratios on vulcanization characteristics of blends

從表1可以看出：各CR/NR并用比下，并用膠的FL和Fmax變化不大，說明CR與NR可實現(xiàn)共硫化；隨著CR/NR并用比的減小，并用膠的t10和t90明顯縮短，表明并用膠的硫化速度加快，但也出現(xiàn)焦燒風險，因此選擇合適的CR/NR并用比以確保并用膠加工安全性尤為重要。

2.3 物理性能

CR/NR并用比對并用膠物理性能的影響如表2所示（混煉工藝為方案1）。

從表2可以看出，隨著CR/NR并用比的減小，并用膠的邵爾A型硬度和100%定伸應力略有減小，拉伸強度和拉斷伸長率呈增大趨勢，這是因為NR和CR均屬于結晶橡膠，具有自補強性，自身具有優(yōu)異的力學性能，但在炭黑填充時，NR的力學性能比CR更好。在100 ℃×70 h熱空氣老化下，隨著CR/NR并用比的減小，并用膠的耐熱空氣老化性能降低，這是由于NR為不飽和橡膠，對熱氧的抵抗性低，耐高溫性能低于CR。并用膠的耐臭氧性能隨著CR/NR并用比的減小而下降，這是因為NR分子活性高，更易受到臭氧的攻擊，而CR分子中的氯原子有3對未成鍵的孤對電子，可以與緊鄰的C=C雙鍵共軛，同時對次鄰的—CH2—的自由基進攻有屏蔽作用，因此CR自身具有較好的耐臭氧性能。并用膠的耐低溫性能隨著CR/NR并用比的減小而提高，這是因為CR分子結構規(guī)整性和極性，內(nèi)聚力大，耐寒性能差，而NR因為分子鏈柔順性，玻璃化溫度低，耐低溫性能優(yōu)異。

表2 CR/NR并用比對并用膠物理性能的影響Tab.1 Influence of CR/NR blending ratios on physical properties of blends

綜上所述，CR/NR并用比為75/25時，并用膠的耐臭氧性能和耐低溫性能優(yōu)異，綜合物理性能好。

2.4 混煉工藝對并用膠性能的影響

以CR/NR并用比為75/25的生膠體系，研究混煉工藝對并用膠拉伸強度的影響，結果圖2所示（硫化溫度為155 ℃）。

從圖2可以看出，方案2混煉工藝的并用膠的拉伸強度大，這是因為兩種橡膠共混時，當二者內(nèi)聚能相差較大時，島相分子容易萎縮，緊抱成團，與海相分子存在明顯的界面。CR與NR相容性較差，對炭黑浸潤能力也不同，并用膠采用直接共混的工藝難以混合均勻，但提前將兩者分別進行混煉制成母煉膠，再進行共混，就可以有效改善并用膠的加工性能，進而提高并用膠的物理性能。

3 結論

（1）當CR/NR并用比為75/25時，并用膠的耐臭氧性能和耐低溫性能優(yōu)異，綜合物理性能好。

（2）將CR和NR分別混煉制成母煉膠后再進行共混，會使并用膠具有更好的加工性能和力學性能。