環(huán)保型充油膠SBR1763基本性能研究*

殷 蘭,劉圣華,潘文華，龐建勛,孫繼德

(1.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油華北化工銷售公司，北京 100009；3.中國石油吉林石化公司 有機合成廠，吉林 吉林 132021)

乳聚丁苯橡膠是全球產(chǎn)量最高、消費量最大的通用合成橡膠品種，廣泛應(yīng)用于斜交輪胎、轎車子午線輪胎和輕型載重子午線輪胎以及其他橡膠制品中。乳聚丁苯橡膠加入填充油后可塑性增強，能大幅度改善丁苯橡膠的加工性能，并使產(chǎn)品具有優(yōu)異的牽引性能和耐磨耗性、抗?jié)窕訹1-6]。

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日實施，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。目前可滿足歐盟指令的除低稠環(huán)填充油(TDAE)外，還有中度抽提油、重環(huán)烷油、環(huán)烷油等類型。填充低稠環(huán)芳烴油 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[7-10]。

環(huán)保型充油丁苯橡膠SBR1763基礎(chǔ)膠結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分數(shù)為23.5%，100份膠中填充37.5份重環(huán)烷油，油品中多環(huán)芳香烴質(zhì)量分數(shù)小于3%，8種致癌的芳烴總質(zhì)量濃度小于10 mg/L，符合歐盟的環(huán)保標準，具有加工性能好、生熱低、低溫屈撓壽命長、易于混煉、能耗降低等優(yōu)點[11-13]。

近年，吉林石化公司采用重環(huán)烷油開發(fā)生產(chǎn)了SBR1763，產(chǎn)品經(jīng)德國BIU檢測，可以滿足歐盟環(huán)保要求。本文重點研究了吉林石化公司SBR1763產(chǎn)品性能，并與申華化學(xué)公司生產(chǎn)的優(yōu)級品進行了對比分析。

1 實驗部分

1.1 原料

SBR1763：填充37.5份重環(huán)烷油，中國石油吉林石化公司；炭黑、氧化鋅、硬脂酸、促進劑、硫磺、防老劑均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 儀器及設(shè)備

凝膠滲透色譜：PL-GPC50，英國安捷倫公司；開煉機：XK-160A，上海橡膠機械廠；門尼機：SMV-201，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；硫化儀：C2000E，北京市友深電子儀器有限公司；拉力試驗機：A1-7000-S，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；硬度計：LX-A,上海六菱儀器廠。

1.3 實驗方法

橡膠混煉采用GB/T 8656—1998《乳液和溶液聚合型苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)評價方法》規(guī)定的A系列實驗配方進行，混煉采取全開煉工藝。

1.4 分析測試

合成生膠揮發(fā)分含量按照GB/T 8656—1998進行測試；生膠皂和有機酸含量按照GB/T 8657—2000進行測試；結(jié)合苯乙烯含量按照GB/T 8658—1998進行測試；生膠和混煉膠門尼黏度按照GB/T 1232—2000進行測試；油含量按照ASTM D 5774進行測試；硫化橡膠和熱塑性橡膠拉伸性能按照ASTM D 412進行測試；硬度按照ASTM D 2240進行測試；硫化溫度為145 ℃，硫化時間為30 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠性能

2.1.1 化學(xué)分析

生膠的化學(xué)分析實驗結(jié)果見表1。從表1可以看出，吉林石化SBR1763與對比樣的結(jié)合苯乙烯含量、灰分、揮發(fā)分、油含量、有機酸以及皂含量均達到技術(shù)標準要求。

表1 生膠化學(xué)分析結(jié)果

2.1.2 SBR1763的相對分子質(zhì)量及其分布

橡膠的相對分子量及其分布與橡膠的加工和使用性能密切相關(guān)，對橡膠的各項性能來說是一個十分重要的影響因素。本文對比分析了兩種SBR1763的相對分子質(zhì)量及其分布，結(jié)果如表2所示。表2表明兩種樣品生膠相對分子量及其分布基本相當。

表2 SBR1763的相對分子質(zhì)量及其分布

2.2 混煉膠性能

2.2.1 混煉膠特性及混煉膠門尼黏度

吉林石化SBR1763與對比樣品相比，膠料混煉特性基本相當。膠料在開煉過程中均有較好的包輥性，無起兜現(xiàn)象。下片后，膠片平整光滑，有較好的光澤度。

混煉膠的門尼黏度測試結(jié)果列于表3。從表3可以看出，兩種SBR1763混煉膠的門尼黏度適中，能夠滿足輪胎生產(chǎn)對混煉膠門尼黏度的要求。

表3 混煉膠門尼黏度

2.2.2 硫化特性及門尼焦燒

混煉膠的硫化特性及門尼焦燒實驗結(jié)果見表4和圖1。

硫化儀表征的指標中，ML表示最低轉(zhuǎn)矩，ML低表明膠料在硫化誘導(dǎo)期有較好的流動性能；MH表示最高轉(zhuǎn)矩，MH高表明硫化膠具有更高的交聯(lián)密度，有利于提高硫化膠的定伸應(yīng)力。t10表示硫化誘導(dǎo)時間，t90為正硫化時間，用來確定產(chǎn)品硫化時間。焦燒時間ts1和ts2分別表示從實驗開始到曲線由最低轉(zhuǎn)矩上升0.1 N·m和0.2 N·m所對應(yīng)的時間。

從表4可以看出，吉林石化SBR1763的ML和MH略高于申華SBR1763，且ts1長，具有較好的加工安全性，t90短，硫化特性較好。

表4 SBR1763混煉膠的硫化特性及門尼焦燒

時間/s圖1 SBR1763混煉膠硫化曲線

2.3 硫化膠的物理機械性能

硫化膠的拉伸性能和撕裂強度見表5。

由表5可知，兩種SBR1763硫化膠的扯斷伸長率、拉伸強度和300%定伸應(yīng)力均達到技術(shù)標準要求。吉林石化SBR1763樣品的300%定伸應(yīng)力略高于對比樣。在欠硫化條件下，申華SBR1763的扯斷永久變形比吉林石化SBR1763大，而300%定伸應(yīng)力低。其原因是在欠硫時，申華SBR1763的交聯(lián)程度低，從而造成了這種性能差異。由表5可知，兩種SBR1763硫化膠有較好的撕裂強度。

表5 SBR1763硫化膠的物理機械性能

3 結(jié) 論

(1) 吉林石化SBR1763生膠性能與對比樣基本相當，均可達到技術(shù)考核指標。

(2) 吉林石化SBR1763混煉膠的混煉特性與申華SBR1763基本相當，ML和MH略高于申華SBR1763。吉林石化SBR1763的ts1長，具有較好的加工安全性,t90短，硫化特性較好。

(3) 吉林石化SBR1763硫化膠性能與對比樣基本接近，300%定伸應(yīng)力略高于對比樣。