干燥方式對天然橡膠性能的影響

王仲耀

（中國航發北京航空材料研究院，北京 100095）

天然橡膠的產量是有一定限制的，并且其性能非常好，在工業領域，天然橡膠得到了廣泛的應用。在對天然橡膠進行生產時，主要生產工藝包括絮凝干燥以及包裝等，其中比較重要的操作工藝是絮凝和干燥。目前在對天然生物橡膠進行干燥時，經常采用的方法是傳統的熱風介質干燥。天然生物橡膠屬于一種熱的不良導體，所以在對其進行烘干時，往往會出現連接熔融結構的情況，生膠中心部位還會出現夾生的問題，這會對生膠的質量以及優品率產生一定的影響。絮凝工藝所包含的內容比較多，自然凝固，無機鹽凝固以及微生物凝固，都屬于絮凝工藝。天然生物橡膠如果是通過絮凝工藝得到的，那么在對其進行干燥時，往往會使用熱空氣為介質的干燥方式，這種干燥方法一般是由外部向內干燥。微波干燥方法與傳統的熱空氣介質干燥方法相比，具有更快的速度，并且質量也比較高，生產的能耗也不高。微波干燥被廣泛應用于糧食干燥、藥品以及化工等各個領域。在天然橡膠的干燥方法方面，目前國內外還處于起步階段。在此背景下，本工作主要研究了干燥方式對天然生物橡膠性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

北京某乳膠制品廠所生產的天然膠乳原材料，總固形物質量分數為0.6。

1.2 干燥試樣制備

在對試樣進行干燥時，所采用的是常見的4種干燥方法。在進行直接烘干時，需要對天然膠乳進行取樣，然后放置到60℃的烘箱中。在采用絮膠烘干工藝時，要對天然膠乳進行配置，形成一定的干膠濃度，隨后再加入適量的復合絮凝劑，然后在攪拌的作用下制備天然橡膠，隨后是進行清洗工作，最終要進行干燥和去除水分，就能夠得到相應的試樣。市面上銷售的煙膠片，能夠作為煙熏烘干方法的實驗。微波烘干只需要取適量的天然乳膠放置到微波爐中。

1.3 NR硫化膠實驗配方及制備

在對NR 硫化膠進行制備時，需要使用到NR、氧化鋅、硬脂酸、防老劑4010NA、硫黃、促進CZ。不同的方法有不同的配方，炭黑填充配方與白炭黑填充配方有一定的差異，白炭黑填充配方中含有偶聯劑Si69。在塑煉過程中需要加入相應的配合劑，并且要放置到開煉機中，在硫化過程中要控制相應的硫化條件。

1.4 測試分析

1.4.1 硫化特性在對天然橡膠的混煉膠的硫化特性進行測定時，使用的是LH-2型硫化儀，溫度控制在140℃左右。

1.4.2 加工性能

在對混煉膠和硫化膠進行應變掃描時，使用美國公司生產的RPA2000型橡膠加工分析儀。在測試過程中要控制掃描溫度、掃描頻率以及相應的應變范圍。

1.4.3 物理性能

在測試硫化膠的拉伸性能時，采用的是XLL-250型萬能材料實驗機，該實驗機是由英國生產的，在具體測試過程中，要嚴格按照相關的測試方法和標準。

2 結果與討論

2.1 干燥時間

天然生膠在進行烘干之前，含水率為39%，再進行干燥時要使用濃縮的天然乳膠，絮膠烘干工藝在實施之前，天然生膠為絮凝產物。經過實驗，微波烘干所需時間為15min 左右，煙熏烘干需要4h 以上，直接烘干和絮膠烘干需要24h 左右。可見微波烘干時間遠遠短于其他三種方式。

2.2 門尼黏度

所使用的烘干方式不同，那么門尼黏度也有一定的差異，如果是用直接烘干的方法，那么門尼黏度為97，如果使用的是絮膠烘干方法，那么門尼黏度為101，如果使用的是微波烘干方法，那么門尼黏度為88，如果使用的是煙熏烘干方法，那么門尼黏度為81。其中門尼黏度最低的是煙熏烘干產品，門尼黏度較大的是直接烘干產品以及絮膠烘干產品。要想使烘干的產品達到國家標準的要求，那么要把產品放到60℃的烘箱中，然后干燥24h 以上，干燥時間最長的是直接烘干的產品。天然生物生膠的熱傳導比較慢，在對其進行干燥時往往會出現結構相互連接的情況，這會阻礙生膠內部水分的揮發，并且黏度也會有所增大。使用微波烘干的方法對生膠進行烘干時，生膠內部會出現一定的能量轉換，并且會有升溫的現象，此時橡膠內部會有水蒸氣形成，其表面會排出水蒸氣，所以在干燥時是由內向外進行干燥的，此時生膠的黏度會有所降低。在制備天然橡膠時，如果采用煙熏烘干的方法，那么會產生一定的空隙，水分在失去了之后，生膠會出現孔洞，此時也會出現發黏的情況，但是比直接烘干的產品要少。

2.3 硫化特性

主要針對天然純膠膠料，以及炭黑和白炭黑填充天然膠料的硫化特性進行了分析，并且探討了干燥方式對其特性的影響。如果說采用的干燥方法不同，那么天然橡膠的硫化特性也有一定的差異，具體見表1，如果采用微波烘干，那么要比直接烘干、絮膠烘干和煙熏烘干的時間要短。在對絮膠烘干產品進行加工時，如果使用的是純膠配方，則具有很好的加工安全性。通過對轉機差進行比較，可以發現如果使用微波烘干的方法，那么物理性能會優于其他方式，在此過程中，天然橡膠分子鏈的破壞程度比較淺，所以能夠很好地對天然乳膠進行保護，與此同時，它還具有比較高的相對分子質量。

表1 NR純膠膠料硫化特性

在填充炭黑之后，硫化時間會相對減少，其中產品的加工安全性能比較好的是絮膠烘干產品。轉矩差方面，如果使用絮膠烘干和微波烘干的方法，那么能夠保證產品的架構均勻，其分子鏈也會有一定程度的增長。所以絮膠烘干方法以及微波烘干方法，比其他的干燥方式更具有優勢，具體見表2。

表2 填充炭黑NR膠料硫化特性

在填充完白炭黑之后，如果使用的是絮膠烘干工藝，那么仍需要較長的烘干時間，其加工的安全性能比較好。采用直接烘干的方法和微波烘干的方法，比其他的烘干方法的物理性能有優勢。這主要是因為白炭黑能夠起到一定的自團聚作用，從而會影響到天然橡膠的分布和膠料的性能。要想使天然膠乳中的微生物對膠乳發生一定的作用，可以采用直接烘干以及微波烘干的方法，該種方法在具體應用過程中，會使天然膠乳產生有利于硫化的物質，從而保證硫化膠的網絡結構良好。具體見表3。

表3 填充白炭黑NR膠料硫化特性

2.4 物理性能

主要對純膠硫化膠、炭黑和白炭黑填充的物理性能進行了分析，并且探討了干燥方式對其物理性能產生的影響。從表4可以發現，在拉伸強度以及拉斷伸長率方面，微波烘干的方法要比其他干燥方式有優勢。這與硫化特性分析結論相符合。這主要是因為微波烘干在具體應用過程中，不會對機械力造成很大的破壞，所以能夠保證分子鏈的完整性。

表4 NR純膠硫化膠物理性能

在探討炭黑填充硫化膠的綜合物理性能時，如果采用的是絮膠烘干法和微波烘干法，那么其綜合物理性能要比其他干燥方式有優勢，見表5。這兩種方法在具體應用過程中能夠對天然橡膠的相對分子質量提供保障。

表5 填充炭黑NR硫化膠物理性能

在對白炭黑填充硫化膠進行分析時，如果采用的是直接烘干和微波烘干的方法，那么其綜合物理性能會有優勢。該種工藝在具體應用過程中會使生膠中的微生物和生物酶對膠乳產生一定的作用，從而促進了白炭黑的分散，使硫化膠網絡結構更加完善。具體見表6。

表6 填充白炭黑NR硫化膠物理性能

3 結論

1）在常見的4種干燥方式中，干燥時間最短的是微波干燥，該方法在具體運用過程中，不會出現夾生膠的情況。

2）物理性能較優的是微波烘干NR 純膠、炭黑和白炭黑填充NR 硫化膠，其次是絮膠烘干NR。