活化膠粉在輸送帶覆蓋膠中的應用

徐 磊，曲成東，何 磊，孟 陽

（無錫寶通科技股份有限公司，江蘇 無錫 214112）

隨著工農業生產的發展，我國廢舊橡膠制品的積聚量越來越大，每年生產橡膠制品量約為500萬t，產生廢舊橡膠量約為200萬t。而廢舊橡膠具有交聯網狀結構，在自然界中很難被分解。目前廢舊橡膠利用以生產活化膠粉、再生橡膠和翻新輪胎為主?；罨z粉由廢舊輪胎經工業化粉碎、活化改性而成，活化改性過程在常溫、常壓下進行，具有生產工藝簡單、活化時間短、產品性能好、能耗低、無污染、貯存穩定等特點[1]。在輸送帶覆蓋膠中添加活化膠粉，不但可提高橡膠制品的耐疲勞性能和改善膠料的工藝性能，還可大幅降低生產成本。

天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）和順丁橡膠（BR）作為橡膠工業中廣泛使用的膠種，用量巨大。以一種橡膠為主體材料的輸送帶覆蓋膠存在各自不同的問題，多種橡膠并用不僅能體現各種橡膠的特性[2]，而且能更好地應對橡膠市場價格波動，降低生產成本。活化膠粉在輸送帶覆蓋膠中的應用給配方設計技術人員提供了全新的角度，但過去多側重于研究活化膠粉的特性，對使用活化膠粉的輸送帶覆蓋膠硫化特性和物理性能研究較少，膠料的生產安全性、工藝性能也亟待研究[3]。

本工作研究活化膠粉用量對SBR性能的影響以及活化膠粉用量為45份時生膠（NR/SBR/BR）并用比對輸送帶覆蓋膠性能的影響，以期為輸送帶企業提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SCR20，西雙版納中化橡膠有限公司景洪膠廠產品；BR，牌號9000，大慶石化公司產品；SBR，牌號1502，杭州浙晨橡膠有限公司產品；活化膠粉，粒徑為0.25 mm，江西廣安再生資源有限公司產品。

1.2 配方

活化膠粉試驗配方：SBR 100，炭黑 60，增塑劑 10，氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑 6，硫黃 1.8，促進劑 1.5，活化膠粉 變量。

輸送帶覆蓋膠試驗配方：NR/SBR/BR 100，活化膠粉 45，炭黑 55，活性劑 7，古馬隆樹脂 4，防老劑 7，偶聯劑 2，防焦劑 0.5，促進劑 1.5，硫黃 2。

1.3 主要設備和儀器

XSM-1/10-120型試驗密煉機，上?？苿撓鹚軝C械設備有限公司產品；XK-160型開煉機，無錫市晨光橡塑機械廠產品；XLB-D350×350×2型電加熱平板硫化機，湖州東方機械有限公司產品；M3000A型無轉子硫變儀，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司產品；UA-2076型滾筒磨耗機，優肯科技股份有限公司產品；臭氧老化箱，德國Argentox公司產品。

1.4 試樣制備

采用兩段混煉工藝混煉膠料，其中一段混煉在密煉機中進行，二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：將塑煉后的生膠按比例加入轉子轉速為80 r·min-1的密煉機中，然后加入小料，再加入活化膠粉和炭黑，混煉一定時間后排膠（140 ℃）。二段混煉工藝為：在開煉機上加入一段混煉膠，然后加入硫黃和促進劑混煉均勻，薄通6～8次，下片。膠料放置2～24 h后在平板硫化機上硫化，SBR膠料和NR/SBR/BR覆蓋膠硫化條件分別為150 ℃×30 min和145 ℃×40 min。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按相應國家標準測定。

2 結果與討論

2.1 活化膠粉用量對SBR性能的影響

2.1.1 硫化特性

表1示出了活化膠粉用量對SBR膠料硫化特性的影響。

表1 活化膠粉用量對SBR膠料硫化特性（145 °C）的影響

從表1可以看出：隨著活化膠粉用量的增大，膠料的t10呈縮短趨勢，活化膠粉用量超過10份后，其用量每增大10份則t10縮短30 s左右；t90也呈縮短趨勢，說明硫化速率加快，效率提高，但伴隨著t10縮短產生操作安全性問題；FL增大，Fmax基本保持不變，表明活化膠粉對SBR膠料交聯密度的影響不大。

2.1.2 物理性能

表2示出了活化膠粉用量對SBR膠料物理性能的影響。

從表2可以看出：隨著活化膠粉用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，300%定伸應力呈上升趨勢，拉斷伸長率和DIN磨耗量逐漸減小，說明部分活化膠粉參與交聯反應；活化膠粉用量超過10份時，其用量每增大10份則膠料的拉伸強度下降1 MPa左右。

表2 活化膠粉用量對膠料物理性能的影響

綜合分析表1和2可知，活化膠粉不是單純造成SBR膠料物理性能下降的填料，仍具有一定的功能性。隨著活化膠粉用量的增大，SBR膠料的300%定伸應力增大，拉伸強度降低，拉斷伸長率和DIN磨耗量減小，并且老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率逐漸減小，說明活化膠粉與硫化膠之間形成了交聯度較低的界面層。當受到外力作用時，低交聯度的界面層可起到緩沖應力、降低生熱的作用，使膠料表現出良好的動態耐疲勞性能、耐磨性能和耐熱性能等；而未參與交聯的活化膠粉，導致膠料的拉伸強度和拉斷伸長率有所下降。

結合加工安全性、工藝性能和價格，活化膠粉用量以45份為佳，即后續試驗中NR/SBR/BR覆蓋膠中活化膠粉用量為45份。

2.2 NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響

2.2.1 NR用量固定

固定NR用量為50份，通過改變SBR/BR的比例，考察NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響。

2.2.1.1 硫化特性

表3示出了NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠硫化特性的影響。

從表3可以看出：當NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的t10和t90呈縮短趨勢，說明硫化速率有所加快，效率提高，而SBR在一定程度上可以緩解膠料的焦燒問題，提高生產安全性；膠料的Fmax呈增大趨勢，說明交聯密度增大。

表3 NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠硫化特性（145 °C）的影響

2.2.1.2 物理性能

表4示出了NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響。

表4 NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響

從表4可以看出，當NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，300%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率呈下降趨勢，DIN磨耗量逐漸減小，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率逐漸增大，原因是SBR的耐熱穩定性高于BR。

2.2.2 SBR用量固定

固定SBR用量為50份，通過改變NR/BR的比例，考察NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響。

2.2.2.1 硫化特性

表5示出了NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠硫化特性的影響。

表5 NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠硫化特性（145 °C）的影響

從表5可以看出：當SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的t10基本不變，t90呈縮短趨勢，說明操作安全性變化不大，而硫化速率加快，提高了硫化效率；膠料的FL和Fmax均逐漸減小，說明膠料的交聯密度有所降低，而加工性能得到改善。

2.2.2.2 物理性能

表6示出了NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響。

從表6可以看出，當SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，拉伸強度和拉斷伸長率呈下降趨勢，DIN磨耗量逐漸減小，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率增大，這些變化特征與NR和BR的性能相對應。

表6 NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響

綜上所述，在NR/SBR/BR并用體系中添加活化膠粉，膠料的物理性能變化趨勢與生膠的特性相對應，說明添加45份活化膠粉不會影響膠料的整體物理性能；通過改變SBR用量，可以緩解因活化膠粉加入而引起的焦燒時間縮短問題。

2.3 工藝性能

NR/SBR/BR覆蓋膠中加入活化膠粉，膠料的工藝性能相對較好，膠料混煉時吃粉較快，包輥性優異，膠料的分散性和成型性能較好，半成品收縮率較小，硫化時膠料的流動性好，硫化后成品表面光潔、缺陷少。

3 結論

（1）隨著活化膠粉用量的增大，SBR膠料的300%定伸應力增大，拉伸強度降低，拉斷伸長率和磨耗量減小，耐熱老化性能改善。綜合考慮，活化膠粉用量以45份為佳。

（2）活化膠粉用量為45份時，對于NR/SBR/BR輸送帶覆蓋膠，當NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的Fmax逐漸增大，t10縮短，硫化速率加快；當SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的FL和Fmax逐漸減小，t10變化不大，t90逐漸縮短，硫化效率提高，膠料物理性能變化與生膠特性相對應。

（3）合理應用活化膠粉可使NR/SBR/BR輸送帶覆蓋膠具有較好的加工工藝性能，有利于減小半成品的收縮率，保證成型穩定性，改善膠料的流動性。

（4）應用活化膠粉不僅極大地降低了輸送帶覆蓋膠的原材料成本，而且很大程度上降低了環境污染，且經濟效益可觀?；罨z粉的發展和應用前景十分廣闊。