環(huán)保型充油膠SBR1763與SBR1723的性能對比研究*

殷 蘭，龐建勛，侯 軍，孫繼德

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

乳聚丁苯橡膠是全球產(chǎn)量最高、消費(fèi)量最大的通用合成橡膠品種，主要應(yīng)用于汽車輪胎、工業(yè)傳輸帶、膠管等領(lǐng)域。乳聚丁苯橡膠加入填充油后可塑性增強(qiáng)，能大幅度改善丁苯橡膠的加工性能，并使產(chǎn)品具有優(yōu)異的牽引性、耐磨耗性和抗?jié)窕訹1]。

隨著歐盟關(guān)于在輪胎生產(chǎn)中禁用含過量稠環(huán)芳烴的芳烴油及有毒橡膠填充油的指令2005/69/EC于2010年1月1日起實(shí)施，一些國家和地區(qū)限制在橡膠制品中使用稠環(huán)芳烴化合物含量較高的高芳烴油及填充該類油的橡膠[2]。目前可滿足歐盟指令的除低稠環(huán)填充油外，還有中度抽提油、重環(huán)烷油、環(huán)烷油等類型[3-4]。填充低稠環(huán)芳烴油的SBR1723及填充重環(huán)烷油的SBR1763在輪胎行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。充油膠的性能除了受生膠本身性能的影響外，填充油成分以及硫化配方對硫化膠性能同樣具有影響。由于填充油、聚合物組成和產(chǎn)品分子結(jié)構(gòu)的變化，使得各種牌號(hào)丁苯橡膠產(chǎn)品性能及硫化特性各有特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同[5]。

近幾年，中國石油吉林石化公司采用低稠環(huán)芳烴油及重環(huán)烷油相繼開發(fā)生產(chǎn)了SBR1723、SBR1763兩種丁苯橡膠產(chǎn)品，經(jīng)德國BIU檢測，達(dá)到了歐盟環(huán)保要求。本文研究了SBR1723和SBR1763兩種產(chǎn)品的混煉膠與硫化膠性能及硫化膠胎面膠特性，并進(jìn)行了對比分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

SBR1763(填充37.5份重環(huán)烷油)、SBR1723(填充37.5份低稠環(huán)芳烴油)：工業(yè)品，中國石油吉林石化公司；炭黑、氧化鋅、硬脂酸、促進(jìn)劑、硫磺、防老劑均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

1.2 儀器及設(shè)備

開煉機(jī)：XK-160A，上海橡膠機(jī)械廠；硫化儀：C2000E，北京市友深電子儀器有限公司；拉力試驗(yàn)機(jī)：T2000E，北京市友深電子儀器有限公司；橡膠滾動(dòng)阻力試驗(yàn)儀：RSS-Ⅱ，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司；壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)：Y3000E，北京市友深電子儀器有限公司；阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)：JMH-76，江都精藝試驗(yàn)機(jī)械有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

實(shí)驗(yàn)配方(質(zhì)量份)為：SBR1763 或SBR1723生膠137.5，炭黑85，氧化鋅4.0，硬脂酸2.0，防老劑3.0，促進(jìn)劑1.6，硫磺1.8。

1.4 膠樣制備

(1) 混煉膠制備：采用二段混煉工藝。一段混煉工藝：密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min，依次加入生膠、炭黑及其它助劑；二段混煉工藝：采用開煉機(jī)，將一段母膠包輥后加入硫磺和促進(jìn)劑，薄通6次下片。

(2) 硫化膠制備：將裁好的混煉膠試樣放入模具，在平板硫化機(jī)上，按照預(yù)定的溫度和時(shí)間進(jìn)行硫化，制得硫化膠試片[6-9]，測試待用。

1.5 性能測試

門尼黏度按照GB/T 1232—2000進(jìn)行測試；拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、拉斷永久變形以及定伸應(yīng)力按照GB/T 528—2009進(jìn)行測試[10-12]；撕裂強(qiáng)度按照GB/T 529—2008進(jìn)行測試；回彈性按照 GB/T 1681—2009進(jìn)行測試；滾動(dòng)損失在負(fù)荷為15 MPa、轉(zhuǎn)速為400 r/min條件下進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉膠性能

2.1.1 混煉性能

按照GB/T 6038—2006對兩種膠料進(jìn)行混煉，對比考察兩種膠料在混煉過程中的各種變化，結(jié)果見表1。

表1 混煉膠特性

在膠料的混煉過程中，不同加料段密煉機(jī)的電流變化反映煉膠過程中所耗功率的變化和膠料的混合均勻程度[13]。從表1可以看出，兩種膠料混煉特性無明顯差異。在開煉過程中，膠料均有較好的包輥性，下片后，膠片平整光滑，有較好的光澤度。

2.1.2 混煉膠門尼黏度和門尼松弛

門尼黏度主要反映橡膠加工性能的優(yōu)劣，門尼黏度高的膠料不易混煉均勻，且擠出加工困難，影響膠料的加工性能；門尼黏度低的膠料易黏輥，同樣影響膠料的加工性能。門尼松弛是反映橡膠加工性能的另一種表征方法，對數(shù)線性回歸直線截距k、斜率α和面積A均可以反映膠料加工性能的好壞。線性回歸直線斜率α越大，表示膠料松弛越快，膠料的加工性能越好；應(yīng)力松弛面積A越大，表明膠料的彈性越大，加工性能越差，反之則越好[14]。兩種膠料的門尼黏度和門尼松弛見表2。

表2 混煉膠門尼黏度和門尼松弛

從表2可知，SBR1763和SBR1723混煉膠門尼黏度和門尼松弛面積相當(dāng)，說明兩者加工性能基本相當(dāng)。

2.1.3 混煉膠門尼焦燒及硫化特性

考察膠料加工安全性的指標(biāo)主要是門尼焦燒時(shí)間(t5)。t5越長，混煉膠的加工安全性越好，反之越差。硫化儀表征的指標(biāo)中，ML代表最低轉(zhuǎn)矩，ML低，混煉膠充模更充分，有利于提高產(chǎn)品的合格率。MH代表最高轉(zhuǎn)矩，MH高，有利于提高硫化膠的定伸應(yīng)力[15]。混煉膠門尼焦燒及硫化特性見表3。

表3 混煉膠門尼焦燒和硫化特性

從表3可以看出，兩者均具有足夠的門尼焦燒時(shí)間，可以滿足膠料的加工安全性要求。SBR1763的ML較SBR1723略高，在硫化誘導(dǎo)期，膠料的流動(dòng)性較SBR1723略差。SBR1763的MH略高于SBR1723，有利于提高硫化膠的定伸應(yīng)力。

2.2 硫化膠性能對比

充油硫化膠的性能除了受生膠本身性能的影響外，填充油成分對硫化膠性能同樣具有影響。由于生產(chǎn)充油丁苯橡膠所使用填充油品產(chǎn)地、煉制方法、組成均不相同，進(jìn)而造成不同牌號(hào)充油膠均存在硫化特性差異[16]。

2.2.1 硫化膠物理機(jī)械性能

對兩種產(chǎn)品進(jìn)行了硫化性能測試，結(jié)果見表4。從表4可以看出，SBR1763硫化膠的 100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力均略高于SBR1723，兩種膠料的硫化膠硬度、拉斷伸長率、回彈性和撕裂強(qiáng)度基本相近，無顯著差異。

表4 兩種硫化膠物理機(jī)械性能對比

2.2.2 硫化膠耐壓縮疲勞性能

硫化橡膠在周期性應(yīng)力的作用下，其結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生的變化稱之為疲勞現(xiàn)象。壓縮疲勞實(shí)驗(yàn)是以一定頻率和一定變形幅度反復(fù)壓縮試樣，測量其溫升和變形。表5結(jié)果表明，兩種膠料的硫化膠壓縮生熱、終動(dòng)壓縮率和壓縮永久變形無明顯差異。

表5 兩種硫化膠耐壓縮疲勞性能對比

2.3 硫化膠胎面膠特性

胎面是輪胎直接接觸地面的部分，其性能直接影響輪胎的壽命。通過檢測膠料切割實(shí)驗(yàn)后的失重來表征膠料的耐切割性能。膠料失重百分比越小，耐切割性能越好。通過橡膠滾動(dòng)損失試驗(yàn)儀來檢測試樣在滾動(dòng)過程中的功率損耗，膠料的滾動(dòng)損失越少，表明輪胎的滾動(dòng)阻力越小。在阿克隆磨耗機(jī)上，用被磨損的體積來表征橡膠的耐磨性。磨耗體積越小，硫化膠的耐磨性越好；反之，耐磨性差。

表6表明，SBR1763硫化膠具有滾動(dòng)阻力小的特性，SBR1723硫化膠耐切割性能及耐磨性能優(yōu)于 SBR1763。

表6 兩種硫化膠胎面膠特性對比

3 結(jié) 論

(1) SBR1763與SBR1723產(chǎn)品的混煉特性基本相當(dāng)，均具有良好的加工性能及加工安全性。

(2) SBR1763與SBR1723硫化膠物理機(jī)械性能、耐壓縮疲勞性能無顯著差異。

(3) SBR1763硫化膠具有滾動(dòng)阻力小的特性，SBR1723硫化膠耐切割性能及耐磨性能優(yōu)于 SBR1763。

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