橡膠加工助劑MT222對橡膠墊板膠料性能的影響

陳傳志，曲 萌，黨 佳，王 玨，張曉沛

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 標準計量研究所，北京 100081）

橡膠加工助劑用于改善膠料的加工性能，如混煉、壓延、擠出、成型、硫化等性能，具有降低膠料加工能耗、提高膠料生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的特點[1-8]。橡膠加工助劑MT222（簡稱MT222）是一種白色顆粒狀的飽和脂肪酸鹽，其熔點為63 ℃，廣泛應(yīng)用于天然橡膠和丁苯橡膠。

橡膠墊板用在混凝土軌枕與鋼軌之間，為軌道提供彈性，是扣件系統(tǒng)重要的組成部分[9-11]。有關(guān)橡膠墊板的研究多集中在生膠、炭黑、硫化體系、測試表征方法上[12-17]，而加工助劑對橡膠墊板膠料加工性能和物理性能的影響研究較少。

本工作研究MT222對橡膠墊板膠料混煉能耗、加工性能、物理性能以及產(chǎn)品外觀合格率的影響，以期為橡膠墊板生產(chǎn)企業(yè)改善膠料配方和混煉工藝提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

丁苯橡膠，牌號1500E，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；MT222，上海懋通實業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

丁苯橡膠 100，氧化鋅 5，硬脂酸 1，炭黑N330 30，陶土 80，硅烷偶聯(lián)劑Si69 3，MT222 變量，防老劑 2，硫黃/促進劑 3.5。

1.3 試樣制備

將丁苯橡膠、炭黑、陶土、MT222、硅烷偶聯(lián)劑、氧化鋅、硬脂酸和防老劑投入110 L密煉機中進行混煉，混煉5 min后排膠，密膠下片冷卻后在開煉機上加硫黃和促進劑，混煉均勻后下片。混煉膠停放1 d后適當(dāng)返煉，然后在300 t平板硫化機上硫化，硫化條件為160 ℃/15 MPa×10 min。

1.4 性能測試

門尼粘度按照GB/T 1232.1—2016《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計進行測定 第1部分：門尼粘度的測定》進行測試；硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡膠 用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化特性》進行測試；邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法 第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》進行測試；拉伸強度、拉斷伸長率、阿克隆磨耗量、壓縮永久變形、工作電阻、動靜剛度和熱空氣老化性能按照Q/CR 564—2017《彈條Ⅱ型扣件》中的相關(guān)方法進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉能耗

膠料密煉時密煉機的最大電流和最大電流出現(xiàn)的時間直接反映出其混煉能耗的高低，最大電流越大、最大電流出現(xiàn)的時間越晚，混煉膠的混煉能耗越高。MT222用量對混煉膠混煉參數(shù)的影響見表1。

表1 MT222用量對混煉膠混煉參數(shù)的影響Tab.1 Influence of MT222 dosages on mixing parameters of compounds

從表1可見：隨著MT222用量的增大，密煉機的最大電流逐漸減小，最大電流出現(xiàn)的時間也逐漸縮短；當(dāng)MT222用量為6份時，密煉機的最大電流減至113 A，最大電流出現(xiàn)的時間縮短至91 s。

分析認為，MT222為飽和脂肪酸鹽，具有表面活性劑的作用，可以增加橡膠對炭黑和陶土的浸潤效果，促進橡膠在炭黑和陶土表面的包覆，利于炭黑和陶土的快速分散，因此能顯著縮短密煉機的最大電流出現(xiàn)的時間；MT222熔點為63 ℃左右，混煉1 min后密煉機溫度升高至70 ℃以上，在剪切力和溫度作用下，MT222發(fā)生熔化，在橡膠分子鏈之間起潤滑作用，因此混煉過程中密煉機的轉(zhuǎn)矩會隨著MT222用量的增大而逐漸減小，最大電流量隨之減小。綜上所述，加入MT222有利于降低混煉膠的混煉能耗。

2.2 加工性能

MT222用量對混煉膠加工性能的影響如表2所示。

表2 MT222用量對混煉膠加工性能的影響Tab.2 Influence of MT222 dosages on processing performances of compounds

從表2可以看出，隨著MT222用量的增大，混煉膠的門尼粘度逐漸降低。門尼粘度降低有利于降低預(yù)成型過程中膠料溫升，防止焦燒現(xiàn)象的發(fā)生；有利于減小預(yù)成型機的工作電流，降低能耗。MT222用量的增大延長了混煉膠的t10和t90。混煉膠的t10延長，其加工安全性提高；t90延長短于30 s，考慮到橡膠墊板的硫化時間一般為10 min左右，因此膠料的硫化體系基本無需調(diào)整。

2.3 物理性能

MT222用量對硫化膠物理性能的影響如表3所示。

從表3可見，隨著MT222用量的增大，硫化膠的硬度、拉伸強度、老化后拉伸強度保持率和老化后拉斷伸長率保持率無明顯變化，拉斷伸長率和工作電阻逐漸增大，200%定伸應(yīng)力和靜剛度先增大后減小，阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小后增大。

表3 MT222用量對硫化膠物理性能的影響Tab.3 Influence of MT222 dosages on physical properties of vulcanizates

分析認為，一方面，MT222能包覆在炭黑及陶土表面，增強陶土與橡膠之間的結(jié)合，利于炭黑和陶土在橡膠中的分散，因此隨著MT222用量的增大，硫化膠的200%定伸應(yīng)力和靜剛度先增大，阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小；當(dāng)MT222用量超過一定值后，過量的MT222會游離于橡膠分子鏈中，起到潤滑劑作用，因此分子鏈更容易滑動，增加了分子鏈之間的摩擦，從而增加了能量損耗，橡膠的彈性會變差，導(dǎo)致硫化膠的阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形增大。另一方面，MT222的加入能夠促進炭黑分散地更均勻，又由于MT222自身不導(dǎo)電，因此橡膠墊板的工作電阻增大[18]。

2.4 產(chǎn)品外觀合格率

MT222用量為0，1.5，3，4.5和6份時橡膠墊板外觀不合格率分別為4.1%，2.5%，2.2%，2.0%，1.9%。可以看出，加入MT222后，橡膠墊板外觀不合格率顯著減小，這有利于降低生產(chǎn)成本。

綜合考慮膠料的混煉能耗、加工性能、物理性能以及產(chǎn)品外觀合格率，MT222的適宜用量為3份。

3 結(jié)論

（1）隨著MT222用量的增大，混煉膠的混煉能耗和門尼粘度降低，焦燒時間延長，硫化膠的硬度、拉伸強度、老化后拉伸強度保持率、老化后拉斷伸長率保持率變化不大；拉斷伸長率和工作電阻逐漸增大；200%定伸應(yīng)力和靜剛度先增大后減小；阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小后增大。

（2）加入MT222能夠減小橡膠墊板的外觀不合格率。MT222的適宜用量為3份。