濕法水磨膠粉在天然橡膠/順丁橡膠并用配方體系中的應(yīng)用

劉會(huì)迎，汪 燕，徐 旗，崔雪靜，孫世悅，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著我國(guó)汽車保有量的逐年增加，廢舊輪胎的產(chǎn)生量越來越大[1]。大量的廢舊輪胎堆放不僅占用土地，而且容易引發(fā)火災(zāi)和滋生蚊蟲傳播疾病，因此對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行合理的回收利用勢(shì)在必行[2]。

廢舊輪胎的回收利用主要包括原形利用、輪胎翻新、裂解重油和炭黑、膠粉利用、再生橡膠等。膠粉具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、耗能低、回收率高、利用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，因此在低碳經(jīng)濟(jì)下膠粉的生產(chǎn)、利用和改性成為目前最有前途的輪胎回收再利用方式[2-3]。國(guó)內(nèi)外廢舊輪胎的粉粹技術(shù)主要分為干法和濕法兩大類，濕法水磨粉粹技術(shù)解決了傳統(tǒng)干法生產(chǎn)膠粉高污染、低產(chǎn)能、顆粒粗、粒度分布寬、生產(chǎn)時(shí)容易起火、產(chǎn)品易焦化等問題。

國(guó)內(nèi)外已有用膠粉替代炭黑在輪胎胎面膠和胎側(cè)膠中應(yīng)用的研究報(bào)道[4-6]。為研究膠粉在輪胎其他部件中的應(yīng)用以降低配方成本，本工作將濕法水磨膠粉用于輪胎胎圈膠配方[生膠體系為天然橡膠（NR）/順丁橡膠（BR）并用]中部分替代炭黑N330，研究濕法水磨膠粉對(duì)膠料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

NR，SMR20，馬來西亞進(jìn)口產(chǎn)品；BR，牌號(hào)9000，浩普新材料科技股份有限公司產(chǎn)品；濕法水磨膠粉，粒徑分別為0.178，0.125和0.07 mm，廣州愛其科技股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，山西盛達(dá)威科技有限公司產(chǎn)品；其他原材料均為普通市售工業(yè)品。

1.2 配方

試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5型密煉機(jī)、XK（S）-160型開煉機(jī)和XLB-400-2000型平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；MDR3000型硫化儀、RB3000型回彈測(cè)試儀和邵爾A型自動(dòng)硬度計(jì)，德國(guó)MonTech公司產(chǎn)品；VR-7130型橡膠動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，日本上島公司產(chǎn)品；3365型電子拉力機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；GT-7017-ELU型熱老化試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝混煉，一段和二段混煉均采用X（S）M-1.5型密煉機(jī)。一段混煉加料順序?yàn)椋荷z→炭黑、膠粉、軟化劑→活化劑、防老劑→清掃→排膠（排膠溫度為165 ℃），采用XK（S）-160型開煉機(jī)薄通下片。二段混煉加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→硫黃和促進(jìn)劑→清掃→排膠（排膠溫度為100 ℃），采用XK（S）-160型開煉機(jī)薄通下片。

二段混煉膠停放一段時(shí)間后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為171 ℃×15 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

濕法水磨膠粉的理化分析結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，濕法水磨膠粉的各項(xiàng)理化性能符合技術(shù)指標(biāo)要求。

表2 濕法水磨膠粉的理化分析結(jié)果

2.2 硫化特性

膠料的硫化特性如表3所示。

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，添加濕法水磨膠粉的試驗(yàn)配方膠料的焦燒時(shí)間、t90和t95縮短，且隨著濕法水磨膠粉用量的增大，膠料的t90和t95進(jìn)一步縮短。分析認(rèn)為有三方面原因：一是可能與炭黑用量減小后硫黃和促進(jìn)劑占比偏高有關(guān)；二是可能與膠粉中存在未反應(yīng)的促進(jìn)劑有關(guān)[7-9]；三是可能與硫黃和促進(jìn)劑從橡膠基質(zhì)相向膠粉相擴(kuò)散，減小了橡膠基質(zhì)中硫黃和促進(jìn)劑占比有關(guān)[9-16]。

表3 膠料的硫化特性

2.3 物理性能

膠料的物理性能如表4所示。

從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度明顯降低，且不同粒徑和用量的濕法水磨膠粉的膠料之間無明顯差別，可能與膠粉與橡膠鏈段之間結(jié)合力微弱，或形成較多不規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)，以及膠粉在橡膠基體中的分散不佳有關(guān)。

從表4還可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值明顯增大，這與濕法水磨膠粉替代部分炭黑，配方含膠率增大有關(guān)；但隨著膠粉用量的增大，膠料的拉斷伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，這可能與膠粉體積分?jǐn)?shù)增大使膠料的交聯(lián)密度下降有關(guān)[4]。

表4 膠料的物理性能

2.4 動(dòng)態(tài)性能

膠料的動(dòng)態(tài)性能如表5所示，Tg為玻璃化溫度，tanδ為損耗因子，E′為動(dòng)態(tài)拉伸儲(chǔ)能模量。

從表5可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的Tg基本不變；60 ℃時(shí)的tanδ減小，這可能與濕法水磨膠粉替代部分炭黑，配方含膠率增大有關(guān)；E′大幅降低。

表5 膠料的動(dòng)態(tài)性能

2.5 配方優(yōu)選

為保證試驗(yàn)配方膠料的硬度和模量與生產(chǎn)配方膠料一致，考慮到膠粉無補(bǔ)強(qiáng)效果，雖然膠粉粒徑對(duì)膠料性能影響不大，但膠粉粒徑越小，其價(jià)格越高，考慮到成本，優(yōu)選使用30份0.178 mm濕法水磨膠粉分別替代10和5份炭黑N330進(jìn)行膠料性能測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度增大，這與濕法水磨膠粉用量高達(dá)30份，降低了膠料流動(dòng)性有關(guān)；耐老化性能提高，說明添加濕法水磨膠粉有助于提高膠料的耐熱老化性能；以30份濕法水磨膠粉替代10份炭黑N330的試驗(yàn)配方膠料的硬度、定伸應(yīng)力及60 ℃下的tanδ略低于生產(chǎn)配方膠料；以30份濕法水磨膠粉替代5份炭黑N330的試驗(yàn)配方膠料硬度、定伸應(yīng)力及60 ℃時(shí)的tanδ略高于生產(chǎn)配方膠料。結(jié)果表明，在NR/BR并用配方體系中可以使用30份膠粉替代5～10份炭黑N330，膠料的物理性能和動(dòng)態(tài)性能可以達(dá)到生產(chǎn)配方膠料水平，膠粉在輪胎胎圈膠配方中應(yīng)用是可行的。

表6 優(yōu)選膠料性能

3 結(jié)論

（1）在NR/BR并用胎圈膠配方中以濕法水磨膠粉替代部分炭黑N330，膠料的焦燒時(shí)間縮短，硫化速度加快。

（2）濕法水磨膠粉的粒徑和用量對(duì)NR/BR并用胎圈膠料的硬度、300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度影響不大；試驗(yàn)配方膠料的拉斷伸長(zhǎng)率明顯大于生產(chǎn)配方膠料，但隨著膠粉用量的增大，膠料的拉斷伸長(zhǎng)率呈降低趨勢(shì)。

（3）以濕法水磨膠粉部分替代炭黑N330，膠料的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度明顯降低，拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值明顯增大，60 ℃時(shí)的tanδ減小，E′大幅降低。

（4）在NR/BR并用胎圈膠配方中使用30份0.178 mm濕法水磨膠粉替代5～10份炭黑N330，可以達(dá)到生產(chǎn)配方膠料的物理性能和動(dòng)態(tài)性能，膠粉在胎圈膠配方中應(yīng)用是可行的。

（5）使用濕法水磨膠粉可以有效減小原材料成本，同時(shí)有利于減輕污染、促進(jìn)輪胎行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。