硫化助劑及促進(jìn)劑用量對異戊橡膠性能的影響*

宋曉慧，楊俊峰，張福民，杜昌明，王志波，崔宇娜，肖 翠

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

異戊橡膠(IR)是指順式-1，4-聚異戊二烯橡膠，又稱合成天然橡膠，具有很好的彈性、耐寒性(玻璃化溫度-68 ℃)及很高的拉伸強(qiáng)度。在耐氧化和多次變形條件下耐切口撕裂比天然橡膠高，但加工性能如混煉、壓延等比天然橡膠稍差。IR在沒有添加任何助劑的情況下，無論是生膠還是硫化膠，其性能都難以滿足使用要求，用途很有限，必須在橡膠中加入各種助劑，通過助劑與橡膠進(jìn)行物理或化學(xué)作用來實(shí)現(xiàn)不同的用途或目的[1-3]。本實(shí)驗(yàn)主要考察氧化鋅、硬脂酸、促進(jìn)劑用量對硫化橡膠物理機(jī)械性能的影響，通過實(shí)驗(yàn)，找出了變化規(guī)律，并確定了最佳用量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

IR：JH-01，半透明狀固體，門尼粘度≥70，順式質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，吉林石化公司研究院；氧化鋅、硬脂酸、硫磺、促進(jìn)劑、炭黑均為市售工業(yè)品。

1.2 儀器設(shè)備

XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀：上海科創(chuàng)科技有限公司；KY-3203E開煉機(jī)：臺灣合資東莞廠；50 t電熱XLB平板硫化機(jī)：青島機(jī)械廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

實(shí)驗(yàn)配方(質(zhì)量份)：高順式稀土異戊橡膠(JH-01) 100.0,硬脂酸 2.0，氧化鋅5.0，炭黑 50.0，促進(jìn)劑 0.8，硫磺2.2。

1.4 樣品制備

采用XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀制備混煉膠，初始溫度為65 ℃,轉(zhuǎn)速為50 r/min。放置12 h后，測定混煉膠門尼粘度(ML)。在開煉機(jī)KY-3203E上進(jìn)行膠料的薄通及試片的壓延。用50 t電熱平板硫化機(jī)在10 MPa壓力下，于135 ℃×30 min條件下制成硫化試片，停放24 h后進(jìn)行物理機(jī)械性能測試。

1.5 性能測試

門尼粘度按 GB/T1232—2000測定；拉伸強(qiáng)度、伸長率、定伸強(qiáng)度、永久變形按GB/528—2009測定；撕裂強(qiáng)度按GB/529—2008測定；硬度按GB/531.1—2008測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 硬脂酸用量對橡膠性能的影響

硬脂酸具有多功能的作用，一方面它是混煉膠的增塑劑，而另一方面它又改變了炭黑粒子與聚異戊二烯大分子之間的相互關(guān)系，它同氧化鋅并用可作為硫化劑的助劑，因此硬脂酸的用量對IR混煉膠及硫化橡膠的性能影響較大[4-5]。硬脂酸用量對橡膠性能的影響如圖1～圖3所示。

硬脂酸用量/份圖1 拉伸強(qiáng)度與硬脂酸用量的關(guān)系曲線

硬脂酸用量/份圖2 撕裂強(qiáng)度與硬脂酸用量的關(guān)系曲線

硬脂酸用量/份圖3 300%定伸強(qiáng)度與硬脂酸用量的關(guān)系曲線

根據(jù)混煉及分析測試結(jié)果表明，硬脂酸用量為1份時膠料粘輥，而扯斷強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度在硬脂酸用量為6份時達(dá)到最大值，而繼續(xù)增加硬脂酸用量硫化橡膠性能明顯下降。撕裂強(qiáng)度則在硬脂酸用量為3份時最好。但是綜合各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)看，硬脂酸用量為2～3份時硫化橡膠的拉伸強(qiáng)度、300%定伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度性能比較理想，拉伸強(qiáng)度達(dá)到29 MPa時，300%定伸強(qiáng)度達(dá)到15 MPa以上，撕裂強(qiáng)度達(dá)到100 kN/m。

2.2 氧化鋅用量對橡膠性能的影響

氧化鋅在通用橡膠中的主要作用是作為硫化促進(jìn)劑，提高硫化效率及硫化度[6-7]。氧化鋅用量對橡膠性能的影響如圖4～圖6所示。

氧化鋅用量/份圖4 撕裂強(qiáng)度與氧化鋅用量的關(guān)系曲線

氧化鋅用量/份圖5 拉伸強(qiáng)度與氧化鋅用量的關(guān)系曲線

氧化鋅用量/份圖6 300%定伸強(qiáng)度與氧化鋅用量的關(guān)系曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)氧化鋅用量大于7份時，在實(shí)際操作過程中，膠料粘輥性嚴(yán)重,影響膠料的混煉工藝。當(dāng)氧化鋅用量低于1份時硫化橡膠的性能較差，當(dāng)氧化鋅用量大于2份時硫化橡膠性能趨于平穩(wěn)，變化幅度較小。但考慮到IR的硫化速度比天然橡膠慢，需通過加入硫化助劑來調(diào)整，綜合考慮，認(rèn)為氧化鋅用量在3～5份時，硫化橡膠的各項(xiàng)性能比較理想。

2.3 促進(jìn)劑用量對橡膠性能的影響

硫磺使橡膠由線狀物變成網(wǎng)狀物，從而使橡膠由流態(tài)化變成硫化態(tài)，發(fā)生質(zhì)的改變，進(jìn)而應(yīng)用在各個領(lǐng)域[8]。而促進(jìn)劑則是幫助未硫化橡膠能更快更好地由線狀物轉(zhuǎn)變成網(wǎng)狀體，并使硫化橡膠有更好的物理機(jī)械性能[9]。本實(shí)驗(yàn)主要考察促進(jìn)劑用量對硫化橡膠性能的影響，結(jié)果如圖7～圖10所示。

從圖7～圖10可以看出，拉伸強(qiáng)度隨著促進(jìn)劑的用量增加而增加，當(dāng)其用量為1.0份時達(dá)到最大值；300%定伸強(qiáng)度隨著促進(jìn)劑用量的增加而增加，規(guī)律性很好；伸長率隨著促進(jìn)劑用量的增加而降低，規(guī)律性很好；撕裂強(qiáng)度在促進(jìn)劑用量為1.2份時出現(xiàn)最大值；綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)可知促進(jìn)劑用量在0.8～1.2份時，各項(xiàng)指標(biāo)較好。

促進(jìn)劑用量/份圖7 拉伸強(qiáng)度與促進(jìn)劑TBBS用量的關(guān)系曲線

促進(jìn)劑用量/份圖8 300%定伸強(qiáng)度與促進(jìn)劑用量的關(guān)系曲線

促進(jìn)劑用量/份圖9 撕裂強(qiáng)度與促進(jìn)劑用量的關(guān)系曲線

促進(jìn)劑TBBS用量/份圖10 伸長率與促進(jìn)劑TBBS用量的關(guān)系曲線

3 結(jié) 論

以JH-01為基礎(chǔ)膠,在基本配方、混煉工藝、硫化工藝不變的前提下，通過改變硫化助劑(氧化鋅、硬脂酸及促進(jìn)劑)用量得到的硫化橡膠各項(xiàng)物理機(jī)械性能變化幅度較大。綜合各項(xiàng)性能指標(biāo)及混煉工藝，如需調(diào)整IR的應(yīng)力應(yīng)變性能及撕裂強(qiáng)度可適當(dāng)調(diào)整氧化鋅、硬脂酸及促進(jìn)劑的用量。

參 考 文 獻(xiàn)：

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