硫化助劑及促進劑用量對異戊橡膠性能的影響*

2014-05-21 02:11:32宋曉慧楊俊峰張福民杜昌明王志波崔宇娜

彈性體 2014年2期

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，通過助劑與橡膠進行物理或化學作用來實現不同的用途或目的[1-3]。本實驗主要考察氧化鋅、硬脂酸、促進劑用量對硫化橡膠物理機械性能的影響，通過實驗，找出了變化規律，并確定了最佳用量。

1 實驗部分

1.1 原料

IR：JH-01，半透明狀固體，門尼粘度≥70，順式質量分數大于95%，灰分質量分數小于1%，吉林石化公司研究院；氧化鋅、硬脂酸、硫磺、促進劑、炭黑均為市售工業品。

1.2 儀器設備

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

1.3 實驗配方

實驗配方(質量份)：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，促進劑 0.8，硫磺2.2。

1.4 樣品制備

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

1.5 性能測試

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

2 結果與討論

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 拉伸強度與硬脂酸用量的關系曲線

硬脂酸用量/份圖2 撕裂強度與硬脂酸用量的關系曲線

硬脂酸用量/份圖3 300%定伸強度與硬脂酸用量的關系曲線

根據混煉及分析測試結果表明，硬脂酸用量為1份時膠料粘輥，而扯斷強度、定伸強度在硬脂酸用量為6份時達到最大值，而繼續增加硬脂酸用量硫化橡膠性能明顯下降。撕裂強度則在硬脂酸用量為3份時最好。但是綜合各項性能數據看，硬脂酸用量為2～3份時硫化橡膠的拉伸強度、300%定伸強度及撕裂強度性能比較理想，拉伸強度達到29 MPa時，300%定伸強度達到15 MPa以上，撕裂強度達到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 撕裂強度與氧化鋅用量的關系曲線

氧化鋅用量/份圖5 拉伸強度與氧化鋅用量的關系曲線

氧化鋅用量/份圖6 300%定伸強度與氧化鋅用量的關系曲線

實驗結果表明，當氧化鋅用量大于7份時，在實際操作過程中，膠料粘輥性嚴重,影響膠料的混煉工藝。當氧化鋅用量低于1份時硫化橡膠的性能較差，當氧化鋅用量大于2份時硫化橡膠性能趨于平穩，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整，綜合考慮，認為氧化鋅用量在3～5份時，硫化橡膠的各項性能比較理想。

2.3 促進劑用量對橡膠性能的影響

硫磺使橡膠由線狀物變成網狀物，從而使橡膠由流態化變成硫化態，發生質的改變，進而應用在各個領域[8]。而促進劑則是幫助未硫化橡膠能更快更好地由線狀物轉變成網狀體，并使硫化橡膠有更好的物理機械性能[9]。本實驗主要考察促進劑用量對硫化橡膠性能的影響，結果如圖7～圖10所示。

從圖7～圖10可以看出，拉伸強度隨著促進劑的用量增加而增加，當其用量為1.0份時達到最大值；300%定伸強度隨著促進劑用量的增加而增加，規律性很好；伸長率隨著促進劑用量的增加而降低，規律性很好；撕裂強度在促進劑用量為1.2份時出現最大值；綜合各項數據可知促進劑用量在0.8～1.2份時，各項指標較好。