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天然橡胶/白炭黑湿法混炼共沉胶基本性能研究


               天然橡胶/白炭黑湿法混炼共沉胶基本性能研究
                         杨青   赛轮集团股份有限公司
    作为橡胶生产最关键的环节,混炼工序直接影响硫化胶的性能, 并影响轮胎的性能和使用寿命。传统的橡胶干法混炼技术,多是通过填料与固体橡胶或颗粒料的分批混炼或连续混炼来实现, 尽管干法混炼制备的橡胶材料可实现范围很广的性能特性,但在工业上一直需要发展具有改进性能并降低现有生产工艺成本和复杂性的橡胶共混物,特别是炭黑或其它填料在橡胶内分散的均匀性严重地影响性能。
    目前,干法混炼工艺主要采用开炼机和密炼机。而对于用密炼机混合橡胶炭黑和其它填料的设备,要提高炭黑等填料在橡胶中的分散均需要时间更长或更强力的混合,所带来的不利之处是增加了能耗,延长了生产时间等其它一些问题。对于具有一定表面积和结构特性的炭黑填料来说, 超过一定程度的分散,现有混炼设备和工艺已经不能满足。此外,这种延长时间或更强力的混合, 由于降低了橡胶的分子量,对胶料的其它性能不利。
    而湿法混炼使填料的分散性上了一个台阶,使不依赖炭黑的形态而达到出色的分散成为可能。正是由于炭黑在胶料中具有卓越的分散性,因此硫化胶的滞后、应力-应变、耐切割、耐屈挠疲劳和耐磨性都比干法混炼胶有显著的提高。本实验主要针对株洲安宝麟锋新材料有限公司湿法混炼共沉胶进行研究。
    一、实验
    1.主要原材料
    天然橡胶(NR),SMR20,马来西亚产品;湿法混炼胶(白炭黑含量37.5%),株洲安宝麟锋新材料有限公司;白炭黑,山东海化股份有限公司;炭黑N234,山西永东化工有限公司;其他配合剂均为市售产品。
    2.实验配方
    为了更好体现湿法混炼胶的性能, 本实验选取60份白炭黑作为对比份数, 对湿法与干法混炼胶性能进行对比,以下简称1#和2#配方;为了与传统的炭黑补强配方相比较, 采用65份炭黑和20份炭黑加上50份白炭黑配方,以下简称3#和4#配方。配方见表1。
              
    3.实验设备
    实验中所使用的试验设备见表2。
              
    二、结果与讨论
    1.混炼能耗
    混炼能耗试验见表3。
               
    从混炼能耗表中可以看出, 干法胶与湿法胶配方相比,湿法混炼胶能明显降低混炼能耗22%,50份白炭黑+20份炭黑湿法胶与65份炭黑干法胶配方相比能耗降低28%。
    2.硫化特性及加工性能
    硫化特性及加工性能见表4。
               
    与干法炼胶相比, 当配方中添加相同量的白炭黑,湿法混炼胶的硫化时间延长,但焦烧时间缩短,胶料门尼粘度降低,有很好的加工性能。湿法白炭黑胶和干法炭黑胶配方相比, 炭黑明显提高了硫化速度,但是胶料的焦烧时间也随之减少。
    3.物理机械性
    硫化橡胶物理机械性能见表5。
 
    从强伸性能看出, 湿法和干法两种混炼胶性能对比,在填充大量白炭黑的胶料中,因白炭黑添加量较大(60份),在正常混炼过程中白炭黑会产生自聚现象,白炭黑不能很好地排列在橡胶基体中。在本实验中通过湿法混炼技术能使大量白炭黑均匀分散,因此湿法胶拉伸强度提高约12.4%, 永久变形降低27.3%,压缩疲劳温升降低35.3%,回弹性提高15.4%,硬度降低约6.6%。由于湿法胶在分散过程中添加分散剂,湿法胶的滚动阻力、耐切割性能和磨耗性能变差。其中磨耗性能干法和湿法胶料的性能都差,分别为0.3cm3/1.61km和0.4cm3/1.61km, 因此需要考虑提高白炭黑配方的磨耗性能以及其他力学性能, 为此通过在配方中添加20份N234炭黑改善, 并且与添加65份N234的全炭黑配方做对比, 如3#和4#配方所示。通过炭黑补强磨耗性能后, 两个配方的磨耗体积分别0.11cm3/1.61km和0.21cm3/1.61km, 虽然湿法胶配方磨耗性能依然低于全炭黑胶配方0.1cm3/1.61km,但磨耗量比纯白炭黑配方下降0.09cm3/1.61km,如果炭黑用量比例再稍微增加,磨耗性能将进一步提高。除磨耗性能提高外, 其他物理机械性能也得到相应提高, 与干法白炭黑配方相比,50份白炭黑+20份炭黑配方压缩疲劳温升依然低0.4℃, 而且耐切割性能是4个配方中最好的,具有一定的使用价值。
    三、结论
    1.湿法混炼胶能明显降低混炼能耗,干法胶与湿法胶配方相比,能耗降低22%,50份白炭黑+20份炭黑湿法胶与65份炭黑干法胶配方相比能耗降低28%。
    2.湿法混炼能显著降低胶料的门尼粘度,提高加工性能。
    3.在纯白炭黑补强体系中,因此湿法胶拉伸强度提高约12.4%,永久变形率降低27.3%,压缩疲劳温升降低35.3%,回弹性提高15.4%,硬度降低约6.6%。
    4.通过调整白炭黑湿法胶配方,在添加炭黑后,胶料的磨耗性能提高一倍,其他物理机械性能也得到提高,综合性能较好,具有一定的使用价值。

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