加氫石油樹(shù)脂的應(yīng)用與發(fā)展
一、工程機(jī)械橡膠履帶(丁苯橡膠基材)
配方優(yōu)化:丁苯橡膠100份、炭黑N330 35份、加氫C5石油樹(shù)脂10份、環(huán)烷油5份、硫磺1.8份、促進(jìn)劑 CZ 2.0份、防老劑 4020 1.5份;
低溫性能驗(yàn)證:-30℃時(shí),橡膠的邵氏A硬度從65降至55,彈性模量降低45%,10萬(wàn)次往復(fù)曲撓(曲撓角度 ±30°)后,永久形變 12%,無(wú)裂紋;未添加樹(shù)脂的對(duì)照組,-30℃硬度78,彈性模量高,5 萬(wàn)次曲撓后即出現(xiàn)裂紋;
實(shí)際應(yīng)用效果:在我國(guó)東北 - 35℃嚴(yán)寒地區(qū),該履帶的啟動(dòng)阻力降低30%,使用壽命從6個(gè)月延長(zhǎng)至 12 個(gè)月,無(wú)低溫?cái)嗔咽КF(xiàn)象。
二、軍用雪地車橡膠履帶(丁腈橡膠基材)
配方優(yōu)化:丁腈橡膠(丙烯腈含量33%)100份、白炭黑25份、加氫C9石油樹(shù)脂12份、防老劑1010 1.2份、硫化劑DCP 2.5份;
低溫性能驗(yàn)證:-40℃時(shí),橡膠的Tg降至-50℃以下,曲撓疲勞壽命(斷裂前曲撓次數(shù))從8萬(wàn)次提升至22萬(wàn)次,同時(shí)耐油性(浸泡在柴油中72小時(shí),體積變化率<5%)滿足軍用要求;
實(shí)際應(yīng)用效果:在極地-40℃環(huán)境下,履帶曲撓靈活,無(wú)脆裂現(xiàn)象,行駛能耗較傳統(tǒng)履帶降低25%。
盡管加氫石油樹(shù)脂在橡膠履帶低溫曲撓性改進(jìn)中表現(xiàn)優(yōu)異,仍面臨一些挑戰(zhàn),同時(shí)存在廣闊的優(yōu)化空間:
一、當(dāng)前挑戰(zhàn)
高成本限制:加氫石油樹(shù)脂的生產(chǎn)成本(尤其高加氫度樹(shù)脂)較傳統(tǒng)增塑劑(如芳烴油)高3-5倍,導(dǎo)致履帶制造成本上升,限制其在中低端履帶產(chǎn)品中的應(yīng)用;
極寒環(huán)境適應(yīng)性不足:在-45℃以下的極寒地區(qū),現(xiàn)有加氫石油樹(shù)脂的Tg仍無(wú)法滿足需求(部分樹(shù)脂Tg接近-60℃,但橡膠硫化后Tg會(huì)升高),橡膠仍可能出現(xiàn)輕微脆化;
與高性能填料的相容性:隨著納米填料(如碳納米管、石墨烯)在橡膠中的應(yīng)用,加氫石油樹(shù)脂與納米填料的界面結(jié)合機(jī)制尚未明確,可能出現(xiàn)分散不均問(wèn)題,影響改進(jìn)效果。
二、未來(lái)發(fā)展方向
低成本化改性:開(kāi)發(fā)“C5/C9混合餾分加氫樹(shù)脂”或“生物基加氫樹(shù)脂”(以生物質(zhì)裂解餾分為原料),降低生產(chǎn)成本,同時(shí)保持低溫性能;
結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)設(shè)計(jì):通過(guò)分子模擬技術(shù)設(shè)計(jì)“低Tg-高剛性”平衡的樹(shù)脂結(jié)構(gòu)(如在分子鏈中引入長(zhǎng)鏈烷基與剛性環(huán)己烷基團(tuán)),使樹(shù)脂在降低橡膠Tg的同時(shí),不犧牲履帶的承載強(qiáng)度;
多功能一體化:將加氫石油樹(shù)脂與抗凍劑、耐磨劑復(fù)合,制備“多功能改性樹(shù)脂”,實(shí)現(xiàn)“低溫曲撓性-耐磨性-耐老化性”的同步提升,簡(jiǎn)化履帶配方;
界面作用機(jī)制深化:通過(guò)原位表征技術(shù)(如低溫原子力顯微鏡、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析)研究加氫樹(shù)脂與橡膠、納米填料的界面作用,為配方優(yōu)化提供理論支撐。
加氫石油樹(shù)脂通過(guò)“降低橡膠Tg、調(diào)控交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)界面結(jié)合”的協(xié)同機(jī)制,可顯著改善橡膠履帶的低溫曲撓性,解決寒冷地區(qū)履帶易脆裂、壽命短的問(wèn)題,其與橡膠基材的高相容性、耐低溫老化性,使其較傳統(tǒng)增塑劑更適合惡劣低溫工況。通過(guò)精準(zhǔn)選型(匹配橡膠基材)、優(yōu)化配方參數(shù)(分子量、添加量)及與其他助劑的協(xié)同,可在提升低溫曲撓性的同時(shí),兼顧履帶的承載、耐磨等綜合性能。未來(lái)隨著低成本化與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突破,加氫石油樹(shù)脂有望成為橡膠履帶低溫改性的核心助劑,推動(dòng)寒冷地區(qū)工程機(jī)械、特種車輛的可靠性提升。
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