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橡胶/轮胎 |
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多功能弹性体涂层 |
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作者：James R.Halladay,Frank J.Krakowski |
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众多工业及航空应用中使用弹性体材料,包括:胶管、密封件、轮胎、装配、风门及汽车和其它交通工具上的绝缘设备等。在许多应用中，所选弹性体材料没有做到环保，在工作时，它们都暴露在外。将对环境有污染的模制式弹性体降低危害的一种方法是：在其表面涂上一层保护性的涂层。室温下硫化的弹性体涂层已被开发成具耐热性、环保、对橡胶和金属都具粘合力，且可抵挡动态运动的可行性。这些新涂层弹性很大，能做成黑色、透明的或是彩色的型号，因此它们也可作为橡胶产品的装饰性涂层。这些涂层适用于像防震器、胶管、轮胎或是其他橡胶产品等应用中。
用Enduralast技术开发的HPC-5系列涂层是基于一个氢化腈丁二烯橡胶制成的，它们能形成坚硬的、高强度的、具备抗臭氧及抗天然时效能力、良好的抗油性的涂层。后缀“B”表示黑色涂层（如HPC-5B），而后缀“C”表示清晰的底基涂层。清晰的底基涂层可能有为它着色的颜料，在应用时要注意这种着色。
程序
测试中，因为涂层是给防震器所使用，因此应用天然橡胶／聚丁二烯的混合体作为衬层材料。这个NR/BR混合体是一个硬度55、碳黑增强、经硫化了的橡胶体。在应用这些涂层之前，所有将被涂涂层的样品都经粘合力加强工序处理，即用溶剂进行表面处理。
根据ASTMD430方法B（未穿孔的），使用DeMattia电线进行疲劳测试，在多个间隔中进行观察以确定涂层是否裂纹或脱落，未涂层的样品用作参照。
用标准的ASTMD471体积溶胀标本来评估流体阻力，在某些流体中，用ASTMD412中记录的程序在油老化的前后都对拉伸和伸长进行了测试。
用ASTMD3395中的程序，用50pphm臭氧在40摄氏度时进行了动态臭氧测试。未用12.2毫米宽的标本，而改用25.4毫米宽的标本以更好地评估表面裂纹。
根据SAEJ1960，在样品上进行了韦瑟－O型耐候试验，用间歇样品和喷射进行淡色与黑色轮回涂层。根据ASTMD523，使用一台BYK Gardner微型光度仪，在角度为60度时，在韦瑟－O型耐候试验前后都测量了光泽单位。
未有保护的膜的最终拉伸强度和伸长到破的值由硫化膜测量得到，采用ASTMD412中的程序方法，只是膜的厚度是0.05到0.08毫米。 
图1：在经3720次挠曲弯折时，涂覆的商用氟碳涂层裂化脱落
图2：在150000次挠曲弯折时，未涂覆的参照样本严重断裂
图3：在150000次挠曲弯折时，经涂覆多功能弹性体的样
本HPC-5B只有少量裂纹
讨论
一个好的橡胶涂层材料应具有许多特定特点。涂层应比它依附的橡胶衬层具有更好的耐热性和抗氧化能力，因为涂层的很大一部分都暴露于氧气和热环境中。涂层应有粘合橡胶和金属衬层的能力，它应该是在室温下就可使用。喷涂涂层的方法也应该简便，使用一些常见的如：喷涂、浸涂、刷涂等方法即可。动态应用中使用的涂层需要有很好的弹性和抗疲劳能力。户外应用中的涂层应具有抗臭氧及抗紫外线能力。处于汽油和燃油中的涂层可能会对环保造成一定影响。最后，涂层的外观应当美观耐看。
用Demattia Flex标本评估疲劳及粘合力能力。挠曲中生成的应变非常严格，这项测试应比合适涂层筛选的要少。
一个商业用途的氟碳涂层在不到4000次挠曲弯折时裂纹，而且从橡胶衬层脱落（图１）。一旦涂层裂化脱落，涂层所具有的大部分保护功能也随之丧失。未设涂层的参照样本在80000次挠曲弯折时开始有裂纹。HPC-5B在80000次弯折时则工作正常，只有极少甚至没有出现明显裂纹迹象。
这些标本继续弯折到150000次时，未设涂层参照样本已严重裂化（图2）。HPC-5B在弯折150000次时只有少量裂纹（图3）。众所周知，天然橡胶在大气臭氧中会产生裂化，因此认为涂层会延迟疲劳裂纹的出现，原因是它保护衬层不受臭氧作用影响。既然涂层的目的之一是保护衬层不受油和燃油的有害影响，NR/BR混合体中生成的2个体积溶胀样本，一个有涂层，另一个没有，将它们放入不同流体中，所得数据为结论提供了大量实验支持：在工业及航空应用中，涂层保护橡胶衬层不受各种机油及燃油的影响。
为了得知涂层厚度对流体阻力的影响，又做了进一步的工作。结果不足为奇：涂层的效果直接与所涂厚度有关联。进行测试目的是得知涂层如何在流体中老化后，保护衬层不丧失其物理特性。为样本涂上涂层对最初的拉伸和伸长特性没什么影响，但涂层明显减少了体积溶胀，以及在室温和测试温度下，最终拉伸强度和伸长都有所减少。
对硫化橡胶之类的具高度延展性衬层上所用的涂层而言，很重要的一点就是：此类涂层必须有很好的伸长性，当衬层屈挠时，它们不会有裂纹。在未加保护的膜破裂时，以ASTMD412中程序方法，用硫化膜将它们拉出并测量了最终的拉伸强度和伸长，只是膜厚度不是0.05到0.08毫米。结果表明，经硫化的涂层具有中高档的强度及良好的伸长能力。
虽然未加保护的膜的伸长大约是400%，但将HPC-5膜涂到天然橡胶衬层上时，当衬层甚至被伸长到600%时，它们也未出现裂纹现象。
根据ASTMD3395方法，在40℃时，用50pphm臭氧进行动态臭氧测试。动态臭氧样本失败的标准是出现裂纹。一般而言，先观察样本的边缘。因为样本上锋利的边缘，并不确定边缘上涂层实际厚度。当涂层靠近模切样本的锋利边缘时，逐渐变薄，因此至少能覆盖到边缘。附表显示了一个带银反射涂层的臭氧样本表面光泽度，其涂层厚度是0.02毫米，数据显示了样本在老化前后的截面光泽度变化情况。
为了得知涂层膜厚度在防止臭氧裂化方面的影响，采用了一个更宽的样本（25.4毫米）来评估表面裂化和对边缘的最小影响。在样本表面中央测量了涂层的厚度，样本持续转动，直到在中央出现裂纹时停止。 
图4：用HPC-5B涂层（左）与未涂胎的对照
臭氧老化测试中，分别以5，52，75和275小时等不同间隔时间，对未涂层样本及涂层样本进行检测。一旦涂层样本中心被观察到单个裂纹时，就记录为中央裂纹。结果表明，HPC-5C在臭氧保护方面有了显著的改善，有三层涂层的样本在275小时后都不会有裂纹。HPC-5C的一层涂层样品和二层涂层样品在275小时后看起来不错，虽然在涂层有瑕疵处会有些裂纹。另外，黑色涂层的保护效果不如透明涂层。
韦瑟－O型耐候试验机以雨水、露水和湿气的形式规定了阳光、温度和湿度的环境参数。Shanlong是规定了紫外线和可视太阳辐射的光源。韦瑟－O型耐候试验的目的是测试天然时效对光泽的影响。其中使用了一台BYK Gardner微型光泽仪来测量样本的光泽。光泽仪的测量结果与一设定了折射率的黑色玻璃的反射光量有关系。这个定义标准的测量值等于100光泽单位。附表显示了每个涂层最初及老化后的光泽读数的差别。数值大说明表面更有光泽。
涂层也可作为多种模制橡胶制品的美化或装饰性涂层（透明、黑色或彩色皆可），粘合力不需要特殊的配合。图4显示了在轮胎胎侧化合物抹上涂层及未涂的对照。可见，胎侧涂上涂层后，比轮胎目前所用装饰的外观更持久。此外，HPC-5C的彩色涂层也可用于其它橡胶部件。
概括和结论
通过创造性的配合，已开发出室温下稳定的一部分交联橡胶涂层。这些涂层与橡胶衬层紧密结合，并显示出优越的强度和疲劳强度，可用于改善天然橡胶和聚丁二烯抗臭氧及抗烃类油或燃油的能力，也可用于改善模制式橡胶部件的装饰性外观。
《国际橡胶商情》(end)
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(投稿)
(7/13/2006) |
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