共混橡膠門尼粘度均一化對橡膠共混物性能的影響

范玉超，陳小霞，呂康輝，孫學杰，陳雪梅，王 鋒

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400）

近年來，橡膠行業中多種橡膠共混應用越來越普遍。橡膠共混物除了使用不同類型的橡膠外，還要添加填充劑、補強劑、增塑劑和硫化劑等，并通過混煉和硫化等工藝過程，制成非常復雜的共混體系。關于橡膠共混物的相容性、形態結構、配合劑在共混物中的分布以及共混物的交聯等均有不少研究報道[1-2]。

橡膠間的相容性受到溶解度參數和極性等的影響。一般認為兩種橡膠的溶解度參數相近、極性相近則相容性好。對于非極性橡膠如天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）和順丁橡膠（BR），它們之間的相容性的主要影響因素為溶解度參數[3]。但在實際應用中，存在溶解度參數相近的不同橡膠間的相容性并不好的現象，尤其是添加的配合劑在不同橡膠中間分散并不一致[4]，而橡膠的門尼粘度通常被認為是引發這種現象的關鍵因素。研究表明：SBR和BR的門尼粘度相近時，炭黑等物料在共混體系中均勻分布；SBR和BR的門尼粘度相差較大時，炭黑等物料更多地分布在門尼粘度較高的橡膠相中。

本工作主要研究共混橡膠門尼粘度均一化對橡膠共混物性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為85，泰國詩董橡膠股份有限公司產品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），SSBR（A）的門尼粘度[ML（1＋4）100℃]為75，SSBR（B）（充油）的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為70，日本東工KOSEN株式會社產品；BR，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為50，阿朗新科公司產品；高分散性白炭黑，福建省三明正元化工有限公司產品；硅烷偶聯劑Si-75，江西宏柏新材料股份有限公司產品。

1.2 配方

試驗配方（用量/份）為：NR 20，SSBR（A）35，SSBR（B） 35，BR 20，高分散性白炭黑60，硅烷偶聯劑Si-75 5，其他 50。

1.3 主要設備和儀器

GKl.5N型密煉機，德國克虜伯公司產品；Ф160 mm×320 mm開煉機，煙臺橡膠機械廠產品；P-200-2PCD型平板硫化機，中國臺灣磐石油壓工業股份有限公司產品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型無轉子硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；EPLEXOR500N型動態粘彈譜分析儀，德國GABO公司產品；DKD-K-1680l型硬度計，德國Bareiss公司產品；CMT-4503型電子拉力機，深圳新三思材料檢測有限公司產品；5109型彈性試驗儀，德國Zwick公司產品。

1.4 試樣制備

混煉方案1：BR不進行塑煉，NR和SSBR分別采用開煉機過輥的方式進行塑煉，以降低生膠門尼粘度的差異，使共混橡膠的門尼粘度均一化。其中，NR過輥15遍，門尼粘度[ML（1＋4）100℃]由85降至65；SSBR（A）過輥30遍，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]由75降至65；SSBR（B）過輥15遍，門尼粘度由70降至66。生膠塑煉后，采用密煉機按照常規混煉工藝進行膠料混煉，并在開煉機上加硫黃、下片。

混煉方案2（空白對比）：不對生膠進行任何處理，直接使用密煉機按照常規混煉工藝進行膠料混煉，再在開煉機上加硫黃、下片。

膠料停放8 h后在平板硫化機上進行硫化，硫化條件為151 ℃×60 min。

1.5 性能測試

（1）加工性能。門尼粘度按照GB/T 1232.1—2000《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》測試，門尼焦燒按照GB/T 1233—2008《未硫化橡膠 初期硫化特性的測定用圓盤剪切粘度計進行測定》測試，硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡膠 用無轉子硫化儀測定硫化特性》測試。

（2）Payne效應。應變掃描試驗條件為：溫度100 ℃，頻率 0.83 Hz，應變 1%～500%。

（3）動態力學性能。試驗條件為：頻率 10 Hz，應變 0.2%，升溫速率 2 ℃·min-1，溫度范圍 －60～80 ℃。

（4）物理性能。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）》測試，定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應力應變性能的測定》測試，撕裂強度按照GB/T 529—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 撕裂強度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》測試。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度和硫化特性

方案1和方案2膠料的門尼粘度和硫化特性如表1所示。由表1可知：與方案2膠料相比，方案1膠料的門尼粘度和FL均降低8.6%，表明方案1膠料的加工性能更好；門尼焦燒時間和t90變化不大，表明生膠的門尼粘度變化對共混物的硫化特性基本沒有影響。

表1 方案1和方案2膠料的門尼粘度和硫化特性

2.2 Payne效應

方案1和方案2膠料的儲能模量（G′）-應變曲線如圖1所示。

圖1 方案1和方案2膠料的G′-應變曲線

從圖1可以看出：隨著應變的增大，方案1和方案2膠料的G′迅速下降，此為Payne效應所致；試驗最小應變下的G′與最大應變下的G′的差值（ΔG′）越小，Payne效應越弱，炭黑等填料在膠料中分散性越好，方案1膠料的ΔG′明顯小于方案2膠料，說明方案1膠料的Payne效應減弱，填料的分散性顯著提高，所形成的填料網絡減少，膠料的加工性能改善。

2.3 動態力學性能

動態力學性能可以表征共混物中各種橡膠的相容性。方案1和方案2硫化膠的損耗因子（tanδ）-溫度曲線如圖2所示。

圖2 方案1和方案2硫化膠的tan δ-溫度曲線

從圖2可以看出，兩種方案硫化膠的tanδ-溫度曲線大致相同，但方案1硫化膠的tanδ峰峰值明顯大于方案2硫化膠，說明方案1的共混物中橡膠相的相容性更好，即在不改變配方體系的前提下，通過對配方體系中各橡膠分別進行塑煉，降低橡膠間的門尼粘度差異，可使橡膠相的相容性有一定提升。

2.4 物理性能

方案1和方案2硫化膠的物理性能見表2。

表2 方案1和方案2硫化膠的物理性能

由表2可知：與方案2硫化膠相比，方案1硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率分別提升了7.2%和5.2%，說明方案1通過減小不同橡膠間門尼粘度的差異提高了橡膠間的相容性，可以獲得更穩定的共混物，同時共混物中各橡膠相的門尼粘度相近，可以平衡炭黑在各橡膠相中的分布，有利于共混物拉伸性能的提升；方案1和方案2硫化膠的其余各項物理性能相差不大。

3 結論

在不改變配方的前提下，通過對橡膠分別進行塑煉，降低各橡膠的門尼粘度差異，可以提高共混物中橡膠相的相容性，從而提升共混物的綜合性能，即：膠料的門尼粘度降低，加工性能提高；膠料的Payne效應減弱，填料的分散性顯著改善；硫化膠的tanδ峰峰值增大，說明共混物中橡膠相的相容性提升；硫化膠的拉伸性能顯著提升。