再生橡膠和活化膠粉在力車輪胎胎側膠中的應用

盧 娜，辛振祥

（青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042）

我國是世界最大的橡膠消費國，廢舊橡膠產量居世界首位。合理利用廢舊橡膠資源有助于緩解我國天然橡膠短缺、石油資源匱乏的狀況。

廢舊橡膠回收利用方式主要包括原形利用、生產再生橡膠、生產膠粉及熱能利用等。廢舊橡膠再生是在外加能量以及特殊化學試劑的作用下，橡膠中的硫-硫鍵被打斷，三維網絡結構被破壞，生成具有流動性的再生橡膠。網絡結構破壞程度直接影響再生橡膠的性能，破壞程度越大，再生橡膠性能越接近新膠。根據性能差別，再生橡膠可替代部分新膠，也可單獨用于輪胎、膠鞋、膠管和膠板等橡膠制品生產。

膠粉是橡膠工業的原材料之一。膠粉改性可改善膠粉與橡膠的界面相容性，拓寬膠粉的應用范圍。與再生橡膠相比，膠粉生產避免了再生橡膠生產利潤低、勞動強度大、生產流程長、能源消耗大、環境污染嚴重等一系列問題[1-2]。因此，膠粉生產、利用、改性是低碳經濟下廢舊橡膠制品回收與再利用的主要方向。

為了獲得高親和性和高表面活性的膠粉，國內外學者對膠粉活化改性進行了大量的研究。膠粉活化改性方法很多，包括鹵化和磺化反應改性[3-4]、接枝改性[5-6]、氣-固反應改性[7]、輻射改性[8-9]和互穿網絡改性等。

本工作利用實驗室現有設備，使用廢舊輪胎膠粉專用活化劑450對膠粉表面活化改性，將活化膠粉用于力車輪胎胎側膠，對比再生橡膠與活化膠粉對膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SCR2，云南勐臘劍鋒天然橡膠有限公司產品。丁苯橡膠（SBR），牌號1502；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油化工集團公司齊魯石化分公司產品。全輪胎膠粉，粒徑為0.38 mm，新東岳再生資源科技有限公司產品。再生橡膠，山東萊蕪福泉橡膠有限公司產品。炭黑N220，N330，N440，太原光大炭黑有限公司產品。共聚樹脂，山東齊隆化工（淄博）有限公司產品。促進劑CZ、活化劑450和硫黃，市售品。

1.2 配方

膠粉活化配方：全輪胎膠粉100，活化劑450

0.7。

力車輪胎胎側膠配方：NR/SBR/BR 50，再生橡膠/活化膠粉（并用比分別為100/0，70/30，50/50，30/70，0/100） 50，炭黑N220/N330/N440 40，氧化鋅 4，硬脂酸 3，防老劑RD 2，防老劑BLE 0.6，防老劑4010NA 2.4，萊茵蠟 2，共聚樹脂1，促進劑CZ 1.5，硫黃 0.9。

1.3 主要設備與儀器

SHR-10型高速攪拌機，青島德信塑料機械有限公司產品；FN101-1A型密煉機、CJ-6型開煉機和GT-7000-AR型平板硫化機，山東科創電氣科技公司產品；CYX-A型硬度計，上?；C修四廠產品；I-7000S型電子拉力機、CI-7011-1型屈撓試驗機和GT-XB32DM型阿克隆磨耗試驗機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 活化膠粉制備

將全輪胎膠粉和活化劑450加入密煉機，在150 ℃下混合10 min，得到活化膠粉。密煉機轉子轉速為30 r·min-1。

1.5 膠料制備

膠料混煉分兩段進行。一段混煉在密煉機中進行，轉子轉速為60 r·min-1，加料順序為：生膠→再生橡膠和活化膠粉→炭黑和防老劑等→排膠；二段混煉在開煉機上進行，加料順序為：一段混煉膠→促進劑和硫黃→下片。膠料停放一段時間后在平板硫化機上硫化，硫化條件為150 ℃×20 min。

1.6 性能測試

膠料性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 再 生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠硬度的影響

再生橡膠和活化膠粉替代部分生膠用于力車輪胎胎側膠中，再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠硬度的影響如圖1所示。從圖1可以看出：隨著活化膠粉用量增大，硫化膠的硬度先大幅增大；當再生橡膠/活化膠粉并用比為70/30～50/50時，硫化膠的硬度變化不大；當再生橡膠/活化膠粉并用比小于50/50后，硫化膠的硬度略微減小，直至平穩。分析認為，活化膠粉在膠料中主要起補強性填料的作用。

圖1 再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠硬度的影響

2.2 再 生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉伸強度的影響

再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉伸強度的影響如圖2所示。從圖2可以看出：隨著活化膠粉用量增大，硫化膠的拉伸強度先大幅增大；當再生橡膠/活化膠粉并用比小于50/50后，硫化膠的拉伸強度變化趨于平穩。加入活化膠粉提高了硫化膠拉伸強度，這可能是因為活化膠粉僅表層交聯鍵被破壞，內部仍然存在完好的交聯網絡結構，在再硫化時，硫黃不易擴散到具有完整交聯網絡結構的內部，因此活化膠粉的表面硫黃含量較高，內部硫黃含量較低，由外到里形成硫黃含量梯度分布，同時膠粉與膠粉之間的界面也形成硫黃含量梯度分布，即交聯密度的梯度分布。由于膠粉內外和膠粉之間的交聯密度分布變化過渡平緩，界面的模量變化過渡也平緩，應力傳遞效果較好，大幅度減少了材料的應力集中現象。

圖2 再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉伸強度的影響

與活化膠粉相比，再生橡膠的脫硫程度較高，不存在硫黃梯度分布，再生橡膠界面的模量變化過渡較明顯，不利于應力傳遞。因此，再生橡膠與活化膠粉并用替代部分生膠，隨著再生橡膠用量增大，硫化膠的拉伸強度減小。

2.3 再 生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉斷伸長率的影響

再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉斷伸長率的影響如圖3所示。從圖3可以看出：隨著活化膠粉用量增大，硫化膠的拉斷伸長率先大幅減小；當再生橡膠/活化膠粉并用比小于70/30后，硫化膠的拉斷伸長率變化趨于平穩。分析原因，再生橡膠脫硫程度較高，與生膠的相容性較好，并且

圖3 再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠拉斷伸長率的影響

再生橡膠在基體材料中可引發基體材料或自身產生塑性變形，因此再生橡膠用量較大時，硫化膠拉斷伸長率較高，活化膠粉雖然與生膠之間也有良好的界面相容性，但活化膠粉內部的大量交聯鍵在某種程度上限制了分子鏈變形，導致硫化膠的拉斷伸長率降低。

2.4 再 生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠撕裂強度的影響

再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠撕裂強度的影響如圖4所示。從圖4可以看出：加入再生橡膠和活化膠粉后，硫化膠的撕裂強度變化趨勢與拉斷伸長率變化趨勢相似，隨著活化膠粉用量增大，硫化膠的撕裂強度先大幅減小；當再生橡膠/活化膠粉并用比小于70/30后，硫化膠的撕裂強度變化趨于平穩。

圖4 再生橡膠/活化膠粉并用比對硫化膠撕裂強度的影響

分析認為，硫化膠撕裂強度下降受多方面因素的影響，其中再生橡膠和活化膠粉是主要因素。廢輪胎膠粉經過再生后，大部分硫-硫鍵斷裂，交聯網絡被打開，成為可以自由移動的分子鏈。再生橡膠由于脫硫程度不同，內部依然存在一定量的交聯網絡。而活化膠粉僅表面降解，膠粉內部存在完好的交聯網絡結構。在硫化體系不變的情況下，活化膠粉用量增大，意味著膠料中硫黃用量過大，過度的交聯使膠料不能均勻承受外力，雖然硫化膠拉伸強度和硬度增大，但是撕裂強度降低。

與活化膠粉相比，再生橡膠脫硫程度較高，與生膠之間相容性良好，相互作用較強，在撕裂試驗時能夠阻止甚至終止裂紋增長，因此再生橡膠用量較大時，硫化膠的撕裂強度相對較高。

3 結論

（1）在力車輪胎胎側膠中用再生橡膠和活化膠粉替代部分生膠，隨著活化膠粉用量增大，硫化膠的拉伸強度和硬度先呈上升趨勢，而拉斷伸長率和撕裂強度先呈下降趨勢，當再生橡膠/活化膠粉并用比小于70/30后，硫化膠的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度變化幅度較小，直至平穩。

（2）活化膠粉生產能耗低于再生橡膠生產能耗，且活化膠粉生產能夠減少二次污染。因此，在實際應用中，可綜合考慮各方面因素，合理利用活化膠粉及再生橡膠。