丁二烯橡膠性能穩(wěn)定性研究

劉俊保，劉曉旭，曹帥英，李淑萍，湯妍雯

(1.國家合成橡膠質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 中國石油蘭州化工研究中心,甘肅 蘭州 730060；2.蘭州中石油潤滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060)

我國丁二烯橡膠BR 9000研制始于20世紀(jì)60年代初，國內(nèi)第一套萬噸級生產(chǎn)裝置于1971年在燕山石化公司建成，經(jīng)過技術(shù)改造和產(chǎn)能擴(kuò)建，目前國內(nèi)BR 9000總生產(chǎn)能力達(dá)到1 075 kt/a，丁二烯橡膠(BR)作為我國合成橡膠工業(yè)的一大支柱，被稱為我國合成橡膠工業(yè)技術(shù)成就的重要標(biāo)志。BR具有彈性高、生熱低、抗耐磨性和低滾動阻力等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為橡膠加工業(yè)的重要原料。隨著國內(nèi)橡膠企業(yè)的技術(shù)改造，產(chǎn)能擴(kuò)大，新裝置的不斷增多，尤其是在加入世貿(mào)組織后，境外BR產(chǎn)品不斷涌入，BR產(chǎn)品市場競爭愈來愈激烈，BR產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性能將越來越得到世人的關(guān)注。

經(jīng)過3 a相關(guān)性能的考察測試，本文對獨(dú)山子石化公司、大慶石化公司生產(chǎn)的BR 9000從微觀結(jié)構(gòu)、硫化特性及物理性能等方面進(jìn)行了跟蹤對比，產(chǎn)品在3 a內(nèi)性能沒有顯著差異，為提高BR 9000產(chǎn)品的競爭能力提供了技術(shù)支撐。

1 實驗部分

1.1 原料

BR 9000(A樣品)：獨(dú)山子石化公司；BR 9000(B樣品)：大慶石化公司；硫化促進(jìn)劑TBBS：美國孟山都化學(xué)品公司；氧化鋅：蘭州黃河鋅品有限責(zé)任公司；硫黃：西安西峰化工有限公司；硬脂酸、四氫呋喃和甲苯：北京化學(xué)試劑公司；其它均為市售化學(xué)品。

1.2 儀器設(shè)備

VH-109型開煉機(jī)：英國FARREL 公司；SK-160B型塑煉機(jī)：上海橡膠機(jī)械廠；RCM“24×24”-100T型平板硫化機(jī)：美國RCM公司；INSTRON 5564型萬能材料試驗機(jī)：美國英斯特朗公司；SMV-300RT型門尼黏度計：日本島津公司；MDR2000型硫化儀：美國阿爾法科技公司；Waters515型常溫凝膠滲透色譜儀：美國Waters公司；Agilent 6890-Nexus670型氣相色譜-傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用儀：美國Agilent儀器公司；SX2-4-10型箱式電阻爐：上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠。

1.3 分析測試

力學(xué)性能按照GB/T 528—2009[1]進(jìn)行測定；灰分按照GB/T 4498.1—2013[2]進(jìn)行測定；揮發(fā)分按照GB/T 24131-2009[3]進(jìn)行測定；凝膠按照SH/T 1050—2014[4]進(jìn)行測定；門尼黏度按照GB/T 1232.1—2000[5]進(jìn)行測定；硫化特性按照GB/T 16584—1996[6]進(jìn)行測定；微觀結(jié)構(gòu)按照SH/T 1727—2004[7]進(jìn)行測定；相對分子質(zhì)量及其分布按照SH/T 1759—2007[8]進(jìn)行測定；橡膠混煉與硫化按照GB/T 8660—2008[9]進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 相對分子質(zhì)量及其分布

2010年5月～2012年4月，每年對A、B樣品相對分子質(zhì)量及其分布進(jìn)行測試，其測試結(jié)果見表1。

表1 A、B樣品相對分子質(zhì)量及其分布測試結(jié)果匯總表1)

1)Mn、Mw分別為數(shù)均相對分子質(zhì)量和重均相當(dāng)分子質(zhì)量；Mw/Mn為相對分子質(zhì)量分布指數(shù)。

從表1可以看出，A、B樣品在3 a中測試數(shù)據(jù)基本一致，樣品沒有顯著變化。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

2010年5月～2012年4月，每年對A、B樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 A、B樣品微觀結(jié)構(gòu)匯總表

表2結(jié)果表明，A、B樣品的順式-1,4、反式-1,4和1,2結(jié)構(gòu)含量在3 a內(nèi)基本相同，樣品較穩(wěn)定。

2.3 生膠性能

A、B樣品3 a內(nèi)灰分、揮發(fā)分、微凝膠測試結(jié)果見表3。

表3 A、B樣品生膠性能結(jié)果匯總表

從表3可以看出，灰分、揮發(fā)分含量在3 a內(nèi)基本沒有變化，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著時間的變化略有提高。

2.4 門尼黏度

每月對A、B樣品門尼黏度測試2次，以3 a平均值進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見圖1和圖2。

從圖1和圖2可以看出，A樣品總平均值為45.5，極差為0.7，結(jié)果在45.5±0.4范圍內(nèi)，3 a內(nèi)穩(wěn)定；B樣品總平均值為47.4，極差為0.8，結(jié)果在47.4±0.4范圍內(nèi)，3 a內(nèi)也很穩(wěn)定。

圖1 樣品A門尼黏度統(tǒng)計圖

圖2 樣品B門尼黏度統(tǒng)計圖

2.5 硫化特性與硫化膠性能

2.5.1 硫化特性

對A、B樣品進(jìn)行混煉、硫化，混煉的基本配方(質(zhì)量份)為：BR 9000 100，IRB 7#工業(yè)參比炭黑 60，環(huán)烷基操作油 15，氧化鋅質(zhì)量 3.0，硬脂酸 2.0，TBBS 0.9，硫黃 1.5。硫化特性測試結(jié)果見表4。

從表4可以看出，A、B樣品3 a中各自混煉后硫化特性數(shù)據(jù)基本沒有變化，硫化速度指數(shù)也基本一致。

表4 A、B樣品160 ℃硫化特性數(shù)據(jù)匯總表

2.5.2 硫化膠性能

A、B樣品選C2法進(jìn)行橡膠混煉，其拉伸性能結(jié)果見表5。從表5可以看出，A、B樣品3 a內(nèi)年300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率處于同一水平，橡膠性能穩(wěn)定。

表5 A、B樣品拉伸性能數(shù)據(jù)匯總表

3 結(jié) 論

(1) A、B樣品相對分子質(zhì)量及其分布、微觀結(jié)構(gòu)3 a時間的數(shù)據(jù)基本一致。

(2) A、B樣品生膠性能、硫化特性及硫化膠拉伸性能3 a時間的測試數(shù)據(jù)處于同一水平。

(3) A、B樣品3 a時間的逐月生膠門尼黏度測試結(jié)果在45.5±0.4、47.4±0.4區(qū)間波動，樣品穩(wěn)定。

(4) BR 9000產(chǎn)品在3 a時間內(nèi)各項技術(shù)指標(biāo)沒有明顯變化，性能穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定：GB/T 528—2009 [S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：2-10.

[2] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.橡膠 灰分的測定：第1部分 馬弗爐法：GB/T 4498.1—2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013：1-4.

[3] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.生橡膠 揮發(fā)分含量的測定：GB/T 24131—2009[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：1-7.

[4] 中國石油化工總公司.合成生膠凝膠含量的測定：SH/T 1050—1991[S].北京：中國石化出版社，1991：1-3.

[5] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計進(jìn)行測定：第1部分 門尼粘度的測定：GB/T 1232.1—2000[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：1-6.

[6] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.橡膠用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化特性：GB/T 16584—1996[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1996：1-6.

[7] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.丁二烯橡膠微觀結(jié)構(gòu)的測定 紅外光譜法：SH/T 1727—2004[S].北京：中國石化出版社，2004：1-5.

[8] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.用滲透凝膠色譜法測定溶液聚合物分子量分布：SH/T 1759—2007[S].北京：中國石化出版社，2007：1-15.

[9] 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.溶液聚合型丁二烯橡膠(BR)評價方法：GB/T 8660—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：1-3.