核-殼結(jié)構(gòu)氧化鋅RA在橡膠履帶花紋側(cè)膠中的應(yīng)用

王克成，王 偉

（1.浙江富銘工業(yè)機(jī)械有限公司，浙江 臨海 317000；2.南京高立化工科技有限公司，江蘇 南京 210000）

在膠料中作為活性劑使用的氧化鋅只有少部分參與反應(yīng)，大部分被浪費。另外，鋅雖然是危害性小的重金屬，但是溶解的鋅化合物對水生物具有毒害性，而膠料中含有的氧化鋅在橡膠制品生產(chǎn)、使用及回收過程中可能釋放出鋅化合物而危害環(huán)境。因此，減小膠料及橡膠制品中氧化鋅用量具有環(huán)保及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，提高氧化鋅使用效率是橡膠領(lǐng)域重要的研究課題。目前在間接法氧化鋅應(yīng)用的基礎(chǔ)上，開展了活性氧化鋅、納米氧化鋅等新材料的應(yīng)用推廣。

氧化鋅RA是超細(xì)活性氧化鋅吸附在高活性硫酸鈣內(nèi)核表面制備而成的核-殼結(jié)構(gòu)橡膠硫化活性劑，具有低含量與高活性的特點，原因是低含量的氧化鋅RA要替代間接法氧化鋅并達(dá)到相同的硫化活化效果，必須具有高活性。氧化鋅RA可充分發(fā)揮氧化鋅的活化作用和硫酸鈣的熱傳導(dǎo)性，有效激活噻唑類和次磺酰胺類等促進(jìn)劑，提高硫化反應(yīng)時鋅離子與促進(jìn)劑和硬脂酸的結(jié)合，起到既延長膠料焦燒時間又縮短硫化時間的硫化活化作用。同時，采用氧化鋅RA可以降低膠料中殘余氧化鋅含量和重金屬含量[1]，有利于提高橡膠制品環(huán)保性能，并改善橡膠制品的耐熱老化性能和耐磨性能。氧化鋅RA還具有粒徑小、比表面積大、分散性好等特性。本工作研究氧化鋅RA在橡膠履帶花紋側(cè)膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石化齊魯石油化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N220、炭黑N330和沉淀法白炭黑，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；間接法氧化鋅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.997），昆山海麗橡塑原料有限公司產(chǎn)品；氧化鋅RA，美國全球化學(xué)有限公司產(chǎn)品；微晶蠟，百瑞美特殊化學(xué)品（蘇州）有限公司產(chǎn)品；防老進(jìn)4020、防老劑RD和促進(jìn)劑NS，中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 70，SBR 30，炭黑N220/N330 58，白炭黑 8，間接法氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑 4.5，微晶蠟 1.5，硫黃 1.25，促進(jìn)劑 1.75，其他 16，合計 198。

試驗配方：除用氧化鋅RA等量替代間接法氧化鋅外，其他組分和用量與試驗配方相同。

1.3 主要設(shè)備與儀器

布拉本德密煉機(jī)，德國海福樂密煉系統(tǒng)集團(tuán)產(chǎn)品；X（S）-K型開煉機(jī)（160 mm×320 mm），上海華雄機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GK90E型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；MV2-90E型智能型門尼粘度儀，無錫蠡園電子化工設(shè)備有限公司產(chǎn)品；C2000E型無轉(zhuǎn)子橡膠硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；XLB-D/Q 450×450/1.00MN型平板硫化機(jī)，青島君林機(jī)械有限公司產(chǎn)品；TCS-2000型伺服控制拉力試驗機(jī)、GT-7011-DG型動態(tài)屈撓試驗機(jī)、GT-7012-A型阿克隆磨耗試驗機(jī)和GT-RH-200N型壓縮生熱試驗機(jī)，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；401A型熱老化試驗箱，江蘇明珠試驗機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗?zāi)z料的NR塑煉和混煉在布拉本德密煉機(jī)中進(jìn)行。NR塑煉后停放8 h使用，膠料混煉的加料順序為：塑煉NR和SBR→小料、炭黑和芳烴油→硫黃和促進(jìn)劑。混煉膠在開煉機(jī)上下片。

大配合試驗?zāi)z料混煉分為兩段，均在GK90E型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，密煉室初始溫度為室溫，混煉工藝為：；二段混煉的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠（緩慢加入）和。

為減少設(shè)備與環(huán)境系統(tǒng)差異，保證工藝條件相同，試驗配方膠料與生產(chǎn)配方膠料混煉和成品制備在同一設(shè)備上先后銜接進(jìn)行。

1.5 性能測試

膠料各項性能測試按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

氧化鋅RA的理化性能如表1所示。從表1可以看出，氧化鋅RA的理化性能達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 氧化鋅RA的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗?zāi)z料的物理性能如表2所示。從表2可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的FL和Fmax略有減小，t10略有延長，t90略有縮短；硫化膠的邵爾A型硬度、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷永久變形、撕裂強(qiáng)度和耐屈撓性能相當(dāng)，拉斷伸長率增大，阿克隆磨耗量減小，壓縮疲勞溫升顯著降低，耐熱老化性能有所提高。

表2 小配合試驗?zāi)z料的物理性能

2.3 大配合試驗

2.3.1 物理性能

大配合試驗?zāi)z料的物理性能如表3所示。從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的FL和Fmax略有減小，t10略有延長，t90略有縮短；硫化膠的邵爾A型硬度、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、拉斷永久變形、撕裂強(qiáng)度和耐屈撓性能相當(dāng)，阿克隆磨耗量顯著減小，壓縮疲勞溫升顯著降低，耐熱老化性能有所提高。大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本相同。

表3 大配合試驗?zāi)z料的物理性能

2.3.2 工藝性能

大配合試驗混煉膠的快檢結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間略有延長，門尼粘度略有降低。

表4 大配合試驗混煉膠的快檢結(jié)果

2.4 成品試驗

采用試驗配方膠料和生產(chǎn)配方膠料各制備4條450×90×51農(nóng)業(yè)橡膠履帶，裝機(jī)進(jìn)行性能對比試驗，結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，采用試驗配方膠料制備的成品橡膠履帶平均累計行駛時間比采用生產(chǎn)配方膠料制備的成品橡膠履帶延長100 h。

表5 成品橡膠履帶裝機(jī)試驗結(jié)果

3 結(jié)論

在橡膠履帶花紋側(cè)膠中用核-殼結(jié)構(gòu)氧化鋅RA等量替代間接法氧化鋅，膠料的焦燒時間略有延長，硫化時間略有縮短；硫化膠的壓縮疲勞溫升顯著降低，耐磨性能顯著提高，耐老化性能改善；成品橡膠履帶的使用壽命延長，同時殘余氧化鋅含量和重金屬含量減小，環(huán)保性能提高。

由于氧化鋅RA的價格較低，因此采用氧化鋅RA替代間接法氧化鋅用于橡膠履帶花紋側(cè)膠，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。