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航空用天然胶厚制品配方研究

时间: 2011-07-05 08:04 来源: 作者: 刘生辉 刘家新  & 点击:
航空用天然胶厚制品经常用作航空仪表的减震件,其配方和工艺有一定的特殊性。对一般制品生产来说,缩短硫化时间可以降低能耗,提高生产效率,降低成本;提高硫化温度可以加快硫化反应速度。但在以天然胶为主的制品中,硫化温度过高,将使硫化胶的交联密度、物理机械性能下降,即硫化平坦性差,易于产生硫化返原现象。特别是对厚制品来说,因热量是从制品外层逐步传向内层,而橡胶本身又是热的不良导体,要使制品最内层达到正硫化,外层胶必然已严重过硫,即产生成品硫化的严重不均匀,直接影响制品的实际使用性能。

近年来出现的促进剂OTOS(N、N1-双(氧二乙撑)硫代氨基甲酰次磺酰胺)是一种新型硫化促进剂,它活性高,迟延性大,特别是高温硫化天然胶时,有很好的抗还原性,而且制品的耐热性好。

本研究以航空用天然胶模压厚制品作为实例,对其配方设计、工艺控制进行探索,力求提高产品的硫化均匀性,从而提高产品质量和使用寿命。

实验研究

原材料包括:3#烟片胶,进口;促进剂OTOS,浙江黄岩东海化工厂;偶联剂为南大-42,南京大学化学系抗大化工厂;KH-560,上海耀华玻璃厂产品;促DTDM,日本产品;其它均为工业品。

主要仪器与设备:XK-160开炼机;400×400平板硫化机(电热);LH-Ⅰ型硫化仪;XK-550开炼机;WQB-2500B型拉力试验机;SJ6408型电热恒温干燥箱。

基本配方为:3#烟片胶70,丁苯胶30,氧化锌5,硬脂胶2,高耐磨炭黑45,沉淀法白炭黑10,石蜡1.5,芳烃油5,防老剂变量,其它助剂变量。

硫化胶的物理性能按相应国家标准测定。

结果与讨论

硫化体系的选用

首先我们对普通硫黄硫化体系、半有效硫化体系和有效硫化体系试制的胶样进行了系列性能测试:物理机械性能、100℃×48h老化试验具体性能见表1,硫化曲线示意图见图1。

表1 物理机械性能和老化性能


图1 硫化仪曲线示意图
(1.普通硫黄硫化体系 2.半有效硫化体系 3.有效硫化体系)

从图表中可看出,有效硫化体系的老化后性能较好,硫化平坦性较好。可以想象,由于—S—键能大,—SX—键能最小,因此随硫化时间的延长,—S—趋多,—SX—、—S2—趋少,极限情况是全部变为单硫键。而不稳定的—SX—、—S2—在延长硫化时间或升高硫化温度时,发生交联键断裂,一部分转化为稳定的单硫键,另一部分形成了造成主链改性的基团,即交联密度下降、物理性能变坏的主要原因,因此我们选用有效硫化体系。

其次,进行不同有效硫化体系的筛选,性能对比见表2。

表2 不同硫化体系性能对比

结果分析认为,促 OTOS 1.5/促 CZ 1/硫黄 0.5并用体系性能较好,这是因为一个OTOS分子在硫化时只能给出一个活性硫原子,形成的交联键以单硫键较多,而一个分子DTDM却能给出两个硫原子,所形成的交联键以双硫键较多。显而易见,—S2—的热稳定性不如—S—的好,表现在宏观方面,就是使用促OTOS方案抗硫化返原性较好。

防老剂的影响

为了防止高温表面氧化,选用合适的防老剂也很重要,特别是选用有协同作用的并用体系,来增强胶料的耐热老化性能。通过比较,我们认为防老剂RD/防老剂4010NA 2/1.5较好。

金属氧化物的应用

氧化锌常作为无机活化剂,它既能加快硫化速度,又能提高硫化程度。在该制品中氧化锌的加入,能有效提高胶料的导热性能,也是一种方法。但氧化锌用量太大,会出现填充效应,胶料有硬化趋势。鉴于该制品物理机械性能要求较高,氧化锌的用量受到一定限制,通过试验,确定其用量为20份为宜。

工艺

模压厚制品的硫化比一般模压产品复杂,工艺上应采取相应的措施。

橡胶是热的不良导体,随制品厚度增大,硫化过程中制品内、外层间温差也增大,所以在相同的硫化时间内所取得的各层硫化效应也不相等,造成硫化均匀性的差异。硫化温度越高,差异越大,因此厚制品必须在比较低的温度下进行较长时间的硫化,且采用分段升温的方法。

未硫化的胶料在中等温度的环境中预热也不失为一种好办法。

厚制品后硫化效应需充分考虑。

为减少制品出模开裂,我们在装胶量及硫化压力方面也做了尝试,认为装胶量不可太多,压力也应采用先高压后低压的方法。

结论

对厚制品来说,配方设计对保证产品质量极为重要,特别是天然制品采用较高温度长时间硫化时,硫化体系的合理选用是问题的关键,采用促OTOS 1.5/CZ 1硫黄体系较好。

防老剂的用量比一般制品大,并用体系选用能产生协同作用的防老剂为好。

在制品性能允许的前提下,尽量多采用金属氧化物类导热性好的补强填充剂,增强热的传导。

根据制品特点采用低温长时间硫化、逐步升温方法很重要,不但能保证制品质量且在一定程度上能提高产品合格率。

后硫化效应也应充分考虑。 (end)

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