航空用天然膠厚製品配方研究

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航空用天然膠厚製品配方研究

/ H# r7 b0 d4 q6 u空軍駐興平地區軍事代表室　劉生輝　劉家新
通過在航空用天然膠厚製品中應用新型促進劑OTOS，選擇適當的硫化體系、防老劑及硫化工藝，可以大大降低航空厚製品硫化中的返原程度，生產出性能優良的製品。

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  [) L  y( o4 S8 E航空用天然膠厚製品經常用作航空儀錶的減震件，其配方和工藝有一定的特殊性。對一般橡膠製品生產來說，縮短硫化時間可以降低能耗，提高生產效率，降低成本；提高硫化溫度可以加快硫化反應速度。但在以天然膠為主的製品中，硫化溫度過高，將使硫化膠的交聯密度、物理機械性能下降，即硫化平坦性差，易於產生硫化返原現象。特別是對厚製品來說，因熱量是從製品外層逐步傳向內層，而橡膠本身又是熱的不良導體，要使製品最內層達到正硫化，外層膠必然已嚴重過硫，即產生成品硫化的嚴重不均勻，直接影響製品的實際使用性能。

4 R1 S. T' C+ H" C9 _) Z近年來出現的促進劑OTOS（N、N1-雙（氧二乙撐）硫代氨基甲次磺胺）是一種新型硫化促進劑，它活性高，遲延性大，特別是高溫硫化天然膠時，有很好的抗還原性，而且製品的耐熱性好。

" c' _* L; L) I. t# X) Y本研究以航空用天然膠模壓厚製品作為實例，對其配方設計、工藝控制進行探索，力求提高產品的硫化均勻性，從而提高產品質量和使用壽命。
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7 G: b# G3 c3 K. x' c, Q原材料包括：3#煙片膠，進口；促進劑OTOS，浙江黃岩東海化工廠；偶聯劑為南大-42，南京大學化學系抗大化工廠；KH-560，上海耀華玻璃廠產品；促DTDM，日本產品；其它均為工業品。

主要儀器與設備：XK-160開煉機；400×400平板硫化機（電熱）；LH-Ⅰ型硫化儀；XK-550開煉機；WQB-2500B型拉力試驗機；SJ6408型電熱恆溫乾燥箱。
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! p9 k7 J9 H* @. n" J' h3 g圖1 硫化儀曲線示意圖（1.普通硫黃硫化體系 2.半有效硫化體系 3.有效硫化體系）
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4 M" e) u/ l+ M$ f8 b6 Y表1 物理機械性能和老化性能

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& j8 ^3 R" A* s. v2 W表2 不同硫化體系性能對比
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; Z/ d& R. {  ^6 k基本配方為：3#煙片膠70，丁苯膠30，氧化鋅5，硬脂膠2，高耐磨炭黑45，沉澱法白炭黑10，石蠟1.5，芳烴油5，防老劑變量，其它助劑變量。

硫化膠的物理性能按相應國家標準測定。

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結果與討論

硫化體系的選用
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首先我們對普通硫黃硫化體系、半有效硫化體系和有效硫化體系試製的膠樣進行了系列性能測試：物理機械性能、100℃×48h老化試驗具體性能見表1，硫化曲線示意圖見圖1。

& P. B# Y0 X. s7 c4 m+ a從圖表中可看出，有效硫化體系的老化後性能較好，硫化平坦性較好。可以想象，由於—S—鍵能大，—SX—鍵能最小，因此隨硫化時間的延長，—S—趨多，—SX—、—S2—趨少，極限情況是全部變為單硫鍵。而不穩定的—SX—、—S2—在延長硫化時間或升高硫化溫度時，發生交聯鍵斷裂，一部分轉化為穩定的單硫鍵，另一部分形成了造成主鏈改性的基團，即交聯密度下降、物理性能變壞的主要原因，因此我們選用有效硫化體系。

3 I/ o) E- M; K$ W; \% O) v其次，進行不同有效硫化體系的篩選，性能對比見表2。

結果分析認為，促 OTOS 1.5/促 CZ 1/硫黃 0.5並用體系性能較好，這是因為一個OTOS分子在硫化時只能給出一個活性硫原子，形成的交聯鍵以單硫鍵較多，而一個分子DTDM卻能給出兩個硫原子，所形成的交聯鍵以雙硫鍵較多。顯而易見，—S2—的熱穩定性不如—S—的好，表現在宏觀方面，就是使用促OTOS方案抗硫化返原性較好。

4 O+ B( s) P- |) Y防老劑的影響
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, u7 k2 _& b2 B為了防止高溫表面氧化，選用合適的防老劑也很重要，特別是選用有協同作用的並用體系，來增強膠料的耐熱老化性能。通過比較，我們認為防老劑RD/防老劑4010NA 2/1.5較好。
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" A. V2 f) c# y* E# Y* _  O# j) w金屬氧化物的應用
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氧化鋅常作為無機活化劑，它既能加快硫化速度，又能提高硫化程度。在該製品中氧化鋅的加入，能有效提高膠料的導熱性能，也是一種方法。但氧化鋅用量太大，會出現填充效應，膠料有硬化趨勢。鑒於該製品物理機械性能要求較高，氧化鋅的用量受到一定限制，通過試驗，確定其用量為20份為宜。

工藝

模壓厚製品的硫化比一般模壓產品複雜，工藝上應採取相應的措施。
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橡膠是熱的不良導體，隨製品厚度增大，硫化過程中製品內、外層間溫差也增大，所以在相同的硫化時間內所取得的各層硫化效應也不相等，造成硫化均勻性的差異。硫化溫度越高，差異越大，因此厚製品必須在比較低的溫度下進行較長時間的硫化，且採用分段升溫的方法。

4 F1 X/ y( D- o$ y未硫化的膠料在中等溫度的環境中預熱也不失為一種好辦法。

厚製品後硫化效應需充分考慮。
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為減少製品出模開裂，我們在裝膠量及硫化壓力方面也做了嘗試，認為裝膠量不可太多，壓力也應採用先高壓後低壓的方法。
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結論

; G' I5 q& a, N3 \& c) A對厚製品來說，配方設計對保證產品質量極為重要，特別是天然製品採用較高溫度長時間硫化時，硫化體系的合理選用是問題的關鍵，採用促OTOS 1.5/CZ 1硫黃體系較好。

  i# A; V3 M  o1 q5 x: H; H防老劑的用量比一般製品大，並用體系選用能產生協同作用的防老劑為好。

: a* ~2 ]4 q7 ^在製品性能允許的前提下，盡量多採用金屬氧化物類導熱性好的補強填充劑，增強熱的傳導。
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根據製品特點採用低溫長時間硫化、逐步升溫方法很重要，不但能保證製品質量且在一定程度上能提高產品合格率。

1 U6 I2 d6 K9 k/ Z1 F, x% }後硫化效應也應充分考慮。

海纳百川

好帖！受到不少启发！
楼主多才多艺！种橡胶树在行，搞配方也很在行！佩服！

MDS

好贴啊！谢楼主！分享了！

nmhsg

好资料，非常感谢分享。

kongz217

资料不错的，谢谢分享！！