再生膠和膠粉在高硬度膠板中的應(yīng)用

孫志光，羅虎林，徐夢

（安徽世界村新材料有限公司，安徽馬鞍山243000）

如今，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，每年都會產(chǎn)生大量的廢橡膠，其中廢舊輪胎占了非常大的比例。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，每年廢舊輪胎產(chǎn)出量明顯增加，這些廢舊輪胎非常難降解，不僅給人類的生活帶來不便，還對生態(tài)環(huán)境造成破壞。所以，如何恰當(dāng)處置和回收廢舊橡膠資源是人類面對的重要問題[1,4]。目前，對廢舊輪胎主要的處理方式是粉碎成膠粉或者膠粉加工后的再生膠加入新配方中予以利用[2]。

本文分別選用以再生膠[3]和膠粉[5]為填料，和丁苯橡膠、高苯乙烯、碳酸鈣、白炭黑SiO2、硫化劑以及相應(yīng)助劑等生產(chǎn)硬質(zhì)膠板。通過試驗，找到最優(yōu)配方，研究再生膠和膠粉造成硬質(zhì)膠板的性能差異，并分析調(diào)試過程中的影響因素。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

丁苯1502 橡膠（南通潤豐石油化工有限公司）；再生膠（安徽世界村新材料有限公司）；100 目膠粉（安徽世界村新材料有限公司）；高苯乙烯（山東創(chuàng)利新材料有限公司）；其他原料為橡膠工業(yè)生產(chǎn)中常用原材料。

1.2 儀器和設(shè)備

X（S）N-5L 密煉機(jī)（南京凱馳機(jī)械有限公司）；XK-250B9寸開煉機(jī)（無錫市吉象橡塑機(jī)械有限公司）；MZ-3012平板硫化機(jī)（江蘇明珠試驗機(jī)械有限公司）；LX-A邵氏硬度計（江蘇明珠試驗機(jī)械有限公司）；401A 老化箱（江蘇明珠試驗機(jī)械有限公司）；MDR S3L 無轉(zhuǎn)子硫變儀（上海諾甲儀器儀表有限公司）；AI-7000S 萬能材料試驗機(jī)（高鐵檢測儀器（東莞）有限公司）。

1.3 實驗過程

烘膠：分別把丁苯橡膠、再生膠放進(jìn)烘箱，65℃，2～3 h。然后分別在開煉機(jī)上塑煉約10遍，備用。

混煉膠制備：先按質(zhì)量配方計算出生產(chǎn)配方，稱量原料，依次加入密煉機(jī)中密煉，經(jīng)過3～5 min，分兩次清掃密煉機(jī)機(jī)蓋邊緣飛出的料，直到密煉機(jī)溫度至135℃～138℃出料，然后在開煉機(jī)上再混煉6～8 遍出片。待試樣冷卻，將開煉機(jī)輥距調(diào)到3 mm，然后放到開煉機(jī)上包輥2 min左右，加入硫化劑、促進(jìn)劑，打開冷卻水（防止在加入硫化劑過程中溫度高導(dǎo)致起硫），用切刀左右切割6～8 次；調(diào)小輥距至0.5 mm 以下,將膠片打三角包10 次左右，然后調(diào)大輥距至3 mm 后出片。將試樣放在室溫下一天后再使用。

1.4 性能測試和表征

按照GB/T 16584-1996標(biāo)準(zhǔn)測定膠料硫化曲線，確定硫化時間、t10、t90、MH、ML，在MZ-3012平板硫化機(jī)上進(jìn)行，根據(jù)試樣不同的硫化時間設(shè)定平板硫化機(jī)的時間。

按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能測定》來測試?yán)鞆?qiáng)度和斷裂伸長率。

橡膠的硬度是指橡膠反抗變形的能力，一般用邵氏硬度來表示。按照LX-A標(biāo)準(zhǔn)來測定試樣的硬度（多次測量取平均值）。

熱空氣老化性能按照GB/T 3512-2014硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗的試驗方法進(jìn)行。

2 測試結(jié)果和分析

基礎(chǔ)配方（均以質(zhì)量份計）：丁苯1502 橡膠100 份；高苯乙烯70 份；碳酸鈣60 份；白炭黑36 份；防老劑RD 1.5 份；防老劑4010 NA 2 份；氧化鋅8 份；硬脂酸2 份；PEG-4000 2份；S-80 8份；CZ-80 2.6份；DM-80 1.5份；TMTD-80 0.5份。

2.1 再生膠份數(shù)對性能的影響

按照基礎(chǔ)配方，其他不變，改變丁苯1502橡膠和再生膠的比例進(jìn)行實驗，根據(jù)測試結(jié)果分析再生膠變化對其性能的影響，見圖1。

圖1 再生膠份數(shù)對力學(xué)性能的影響

由圖1 可以看出，隨著再生膠份數(shù)的不斷增加，膠板的拉伸強(qiáng)度明顯逐漸減小，斷裂伸長率逐漸增加，硬度趨于減小。這是由于在一定范圍內(nèi)多份數(shù)再生膠作為填料時，再生膠本身性能差，隨著再生膠份數(shù)的增加，平均分子量下降，分子間相互作用的次價鍵減弱，所以在外力大于分子間作用時就會產(chǎn)生分子間的滑動而使材料遭到破壞。反之平均分子量大，分子間的作用力增大，膠料的內(nèi)聚力提高，拉伸時鏈段不易滑動，那么材料的破壞程度就小；還有分子鏈間的纏結(jié)力減弱，硫化過程交聯(lián)密度明顯減少，所以斷裂伸長率就會增加。在再生膠份數(shù)為150 份時，不僅滿足了拉伸強(qiáng)度≥10 MPa，斷裂伸長率≥250%，硬度90±5的要求，也滿足了企業(yè)低成本的要求。整體來看，隨著再生膠份數(shù)增加，高硬度膠板的性能在下降。

2.2 硫磺份數(shù)對硬度的影響

圖1選取再生膠份數(shù)為150份，依據(jù)基礎(chǔ)配方，選取等量的混煉膠4份，其他不變，分別加入硫磺6、7、8、9份進(jìn)行試驗，測試膠板硬度，見圖2。

由圖2 可看出，隨著硫磺份數(shù)的增加，膠板硬度相應(yīng)提高?？赡茉谝欢ǚ秶鷥?nèi)，隨著硫磺份數(shù)增加，硫化過程的分子鏈的交聯(lián)密度增加，導(dǎo)致硬度上升。

2.3 膠粉份數(shù)對性能的影響

圖2 硫磺份數(shù)對硬度的影響

圖3 膠粉份數(shù)對力學(xué)性能的影響

按照基礎(chǔ)配方，其他不變，改變加入的膠粉份數(shù)試驗，研究其對膠板性能的影響。

由圖3可以看出，膠粉份數(shù)為130份和150份時，滿足拉伸強(qiáng)度≥10 MPa，斷裂伸長率≥250%，硬度90±5的要求。隨著膠粉份數(shù)的增加，拉伸強(qiáng)度和硬度逐漸減小，而斷裂伸長率逐漸增加?？赡苣z粉沒有可塑性，在加工中物理結(jié)構(gòu)又遭破壞，分子間鏈纏結(jié)減弱，交聯(lián)密度減小。

2.4 再生膠和膠粉并用時對性能的影響

按照基礎(chǔ)配方，其他不變，再生膠和膠粉并用，研究其對高硬度膠板性能的影響，見表1。

表1 再生膠和膠粉并用不同比例測試結(jié)果

由表1 可以看出，再生膠和膠粉并用比例（75∶75）滿足要求，其他實驗組不滿足要求，可能由于再生膠和膠粉作為填料并用比例不合適，自身性能太差，并用后膠料分散不均勻，再加工導(dǎo)致部分分子鏈斷裂，物理結(jié)構(gòu)遭到破壞，性能變差。

3 結(jié)論

（1）當(dāng)再生膠作為填料在高硬度膠板配方中應(yīng)用時，再生膠的份數(shù)為150 份時，膠板的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率以及硬度等綜合性能都較好，拉伸強(qiáng)度≥10 MPa，斷裂伸長率≥250%，硬度90±5，滿足了降低企業(yè)成本的要求。

（2）當(dāng)多份數(shù)再生膠和膠粉分別作為填料時，在一定范圍內(nèi)隨著份數(shù)的增加都會使高硬度膠板的拉伸強(qiáng)度和硬度減小，而斷裂伸長率增加。

（3）當(dāng)再生膠和膠粉作為填料并用時，隨著再生膠和膠粉并用比例先減小后增加，膠板的性能在并用比例（75∶75）時綜合性能較好。