随着全钢载重子午线轮胎技术的引进,橡胶加工助剂在国内橡胶工业中得到了越来越广泛的应用。同时随着国内生产厂家对国外技术的消化吸收,国内生产的加工助剂的品种也更加齐全,其性能和国外同类产品相当,但价格却低的很多,因此有必要对其基本应用进行研究。本工作就金山集团化工厂生产的均匀剂Ａ 78对炭黑填充ＮＲ胶料性能的影响进行了研究。
1 实验
1 .1 主要原材料
ＮＲ,云南农垦产品;均匀剂Ａ 78,金山企业集团公司化工厂产品;炭黑、氧化锌、促进剂、防老剂等其他原材料均为市售工业级产品。
1 .2 配方
ＮＲ,100. 0;氧化锌,5. 0;硬脂酸,2 .0;硫黄,2 .5;促进剂ＣＺ,1 .0;炭黑Ｎ330,30 0;防老剂ＲＤ,2. 0;均匀剂Ａ 78,变量。Ａ配方:没有均匀剂Ａ 78。Ｂ配方:均匀剂Ａ 78,1. 5份。Ｃ配方:均匀剂Ａ 78,3. 0份。
1 .3 试验设备与仪器
ＸＫ160×320型开炼机,广东湛江机械厂产品;45ｔ平板硫化机,新乡橡塑机械厂产品;Ｍ200型门尼粘度仪、Ｒ100Ｅ型硫化仪和Ｆ2000Ｅ型电子拉力机,北京友深电子仪器厂产品;ＳＴ ＣＮ热空气老化箱,南通宏达试验仪器有限公司。
1. 4 试样制备
小配合试验胶料采用ＸＫ160ｍｍ×320ｍｍ型开炼机进行混炼。加料顺序为:生胶防老剂、氧化锌、硬酯酸促进剂、硫黄,制成母胶后均匀分成3份,分别加入炭黑和均匀剂Ａ 78。
1. 5 性能测试
各项性能测试按相应国家标准进行。
1. 6 ＮＲ硫化返原性ＮＲ的硫化返原性用胶料的硫化返原率Ｒｔ表示,Ｒｔ越小,表示胶料的抗硫化返原性越好。Ｒｔ通过下式计算:
Ｒｔ=(ＭＨ-Ｍｔ)/(ＭＨ-ＭＬ)×100%式中ＭＨ,ＭＬ,Ｍｔ分别为硫化曲线上的最大、最小和时间为ｔ时的转矩。
2 结果与讨论
2 .1 均匀剂
Ａ 78的组成均匀剂Ａ-78是由饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸混合物的锌盐与高级脂肪醇混合而成,外观呈淡黄色或米白色不规则片状物,其化学分析试验结果见表1。
由表1可以看出:均匀剂Ａ 78的化学分析结果符合指标要求。
2. 2 均匀剂Ａ 78对ＮＲ混炼胶门尼粘度的影响
对每个试验料平行做2次门尼粘度试验,试验结果见表2。
由表2可以看出,加入1 .5份均匀剂Ａ 78可以将胶料的门尼粘度值降低11左右,并且随着加入量的增加,胶料门尼粘度继续降低。
2 .3 均匀剂Ａ 78对ＮＲ混炼胶硫化特性的影响
橡胶的硫化过程可以分为4个阶段,即焦烧阶段、热硫化阶段、平坦硫化阶段、过硫化阶段。在过硫化阶段,就ＮＲ而言,宏观表现为拉伸强度、300%定伸应力及动态疲劳性能降低;微观表现为交联网络密度的降低,从硫化曲线上看,在达到最大转矩后,随着硫化时间的延长,转矩逐渐下降,这个过程也就是通常所说的ＮＲ硫化返原,硫化返原是由2方面原因引起的:一是裂解,包括氧化裂解和热裂解;二是由多硫交联键的分解和重排,以及由此引起的分子链结构的变化。有报道,脂肪酸锌盐类加工助剂能够改善ＮＲ的硫化返原性。均匀剂Ａ 78对ＮＲ混炼胶抗硫化返原性的影响见表3和图1及图2。
从表3和图1可以看出,加均匀剂Ａ 78的抗硫化返原性都比不加的好,这是因为在硫黄硫化过程中,如有脂肪酸锌盐,锌离子可以与橡胶多硫促进剂侧挂基团形成络合物,这种络合物保护了弱键,而在强键处断裂,形成了较短的多硫交联键,所以交联密度增加,耐热性能提高,抗硫化返原性好。从表3还可以看出,随着均匀剂Ａ 78加入量的增加,抗硫化返原性的提高,这是因为ＮＲ硫化返原过程中,交联键或主链断裂时可形成自由基,而不饱和脂肪酸盐中的双键可以起到稳定这些自由基的作用,防止这些自由基继续引发降解断裂。随着均匀剂Ａ 78加入量的增加,这种稳定作用增加,抗硫化返原性增加。
由表3可以看出,加入1 .5份均匀剂Ａ 78后,胶料的焦烧时间、正硫化时间、硫化速度与不加均匀剂Ａ 78的胶料基本相当;加入3 .0份均匀剂Ａ 78后,胶料的焦烧时间和正硫化时间延迟,胶料的硫化速度变慢,这是因为在硫化反应过程中,橡胶多硫促进剂侧挂基团与锌离子形成络合物,加入均匀剂Ａ 78则这种络合物增加,络合物较稳定,形成硫自由基较慢,所以硫化速度变慢。
2 4 Ａ 78对ＮＲ混炼胶物理机械性能的影响
均匀剂Ａ 78对ＮＲ胶料物理机械性能的影响(试验数据)见表4。
从表4可以看出,加入均匀剂Ａ 78后胶料的300%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和永久变形与不加均匀剂的相当;加入3份时,胶料的硬度增加2度,胶料的撕裂强度在加入均匀剂Ａ 78后降低。100℃×24ｈ老化后性能保持率Ｂ配方最好,综合以上分析可知,均匀剂Ａ 78的用量以1. 5份为佳。
3 结论
(1)均匀剂Ａ 78的加入可以显著降低ＮＲ混炼胶的门尼粘度,且均匀剂Ａ 78的加入可以加强ＮＲ胶料的抗硫化返原性能,并且随着加入量的增加,ＮＲ胶料的抗硫化返原性能加强。
(2)加入1 .5份均匀剂Ａ 78后,胶料的焦烧时间、正硫化时间、硫化速度与未加均匀剂Ａ 78的胶料基本相当,加入3 .0份均匀剂Ａ 78后,胶料的焦烧时间和正硫化时间延迟,胶料的硫化速度变慢,均匀剂Ａ 78的用量以1 .5份左右为最佳。
