時(shí)潔，章甦，張保生，李玉歧

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院，天津 300131）

冷凍膠粉是指采用冷凍機(jī)械粉碎法得到的廢舊橡膠粉末。由于冷凍法粉碎的膠粉純度高、粒度小，沒(méi)有常溫膠粉因?yàn)樵诜鬯檫^(guò)程中的受熱及撕扯作用可能造成的對(duì)橡膠性能的影響，所以可以應(yīng)用于汽車部件及涂料等高附加值領(lǐng)域。由于冷凍法粉碎可以得到粒度較小的產(chǎn)品，但粒度越小成本越高，故實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)尋求應(yīng)用效果與成本的平衡，因而研究冷凍膠粉粒度對(duì)橡膠膠料性能的影響具有非常重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

天然橡膠：SCR5，西雙版納中化橡膠有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠：SBB1502E，蘭州石化產(chǎn)品山石化公司產(chǎn)品；冷凍膠粉：本院產(chǎn)品；其他原材料均為市售化學(xué)試劑和原料。

1.2 試驗(yàn)基本配方

生膠100；炭黑36；機(jī)械油4；促進(jìn)劑1.4；氧化鋅5；硬脂酸2；防老劑1；冷凍膠粉20份；硫磺2.5。

1.3 主要試驗(yàn)設(shè)備

母煉膠在3 L加壓式捏煉機(jī)上進(jìn)行，小配合試驗(yàn)在XK—160型開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行。

1.4 性能測(cè)試

膠料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、300％定伸應(yīng)力在高鐵AI-3000拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定，硬度在LX-A橡膠邵爾A硬度計(jì)上測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 直接添加冷凍膠粉的試驗(yàn)

分別將20份60，80，120和140目的冷凍膠粉，不經(jīng)任何處理直接加入到基質(zhì)膠中，加入順序?yàn)樵谛×现蠹尤??；鞜捘z經(jīng)硫化后測(cè)定拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、300％定伸應(yīng)力和硬度指標(biāo)。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 直接添加膠粉粒度對(duì)膠料力學(xué)性能的影響

其變化規(guī)律如圖1～4所示。

膠粉是一種硫化橡膠，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在與基質(zhì)膠共混時(shí)，由于其與基質(zhì)膠的界面粘合作用力較小，共交聯(lián)水平較低，致使共混體系的物理性能下降[1]。從圖1可以看出，直接添加不同粒度的膠粉，膠料的拉伸強(qiáng)度都有所下降，以添加60目的膠粉下降最為嚴(yán)重，下降了將近20％，80目、120目和140目結(jié)果相差不大，相對(duì)而言，140目的結(jié)果最好。從圖2斷裂伸長(zhǎng)率的結(jié)果看，與拉伸強(qiáng)度一樣，斷裂伸長(zhǎng)率也因?yàn)樘砑幽z粉而呈下降態(tài)勢(shì)，同樣60目的結(jié)果較差，下降了12％左右，80目與120目的結(jié)果基本一致，140目膠粉的結(jié)果明顯好于其他低目數(shù)膠粉的測(cè)定結(jié)果。圖3顯示，膠粉對(duì)膠料300％定伸應(yīng)力的影響也比較大，不同的是60目、80目和120目的測(cè)定結(jié)果相差不大，而140目膠粉與低目數(shù)膠粉相比有較大的提高。圖4看出，粒度對(duì)膠料硬度的影響不大?？偟恼f(shuō)來(lái)，對(duì)于不同粒度的膠粉來(lái)說(shuō)，直接添加到橡膠膠料中對(duì)膠料的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，以60目的粗膠粉影響最大，而添加140目膠粉的膠料綜合性能最好。因此，如果不考慮成本因素，直接添加冷凍膠粉到橡膠膠料中，應(yīng)選擇140目膠粉。這是因?yàn)槟z粉的粒度越小，在膠料中的分散性越好，同時(shí)粒度越小，比表面積越大，表面活性越強(qiáng)，與基質(zhì)膠的結(jié)合性能越好。外觀上則表現(xiàn)為粒度越粗，膠料表面越粗糙，而粒度越細(xì)，膠料的表面光潔度越好。

2.2 添加薄通膠粉的試驗(yàn)

所謂薄通膠粉就是經(jīng)薄通處理后的冷凍膠粉。膠粉在開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行薄通時(shí)，會(huì)受到開(kāi)煉機(jī)輥筒間的剪切力作用，發(fā)生斷鍵。分子的斷鍵與化學(xué)鍵的鍵能有關(guān)，化學(xué)鍵能越低越容易斷鍵，由于C-S，S-S的鍵能小于C-C鍵的鍵能，所以容易發(fā)生斷裂[2]。膠粉的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)因此遭到了破壞，產(chǎn)生了自由基。在空氣中氧的作用下，在膠粉的表面引入了含氧基團(tuán)，使其表面活性增加，在基質(zhì)膠中的流動(dòng)性增強(qiáng)，更容易在硫化過(guò)程中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。表2是不同粒度的膠粉薄通后添加到基質(zhì)膠中，膠料力學(xué)性能的測(cè)定結(jié)果。

表2 薄通膠粉粒度對(duì)膠料力學(xué)性能的影響

由圖5～8更清晰地看出各項(xiàng)力學(xué)性能隨粒度的變化情況。

從圖5～8可以看出，除硬度外，加入薄通處理后的冷凍膠粉同樣會(huì)使膠料的力學(xué)性能下降，但變化規(guī)律與直接添加膠粉不同。同直接添加膠粉一樣，60目膠粉拉伸強(qiáng)度下降的最為嚴(yán)重，下降了15％左右，而80目膠粉的拉伸性能有了很大的改善，與60目的膠料相比提升了將近3 MPa，與空白膠料相比只降低了4％左右，與直接添加膠粉的膠料相比提高了1 MPa。斷裂伸長(zhǎng)率60目膠粉下降也比較明顯，比空白膠料下降了將近7％，但80目膠粉達(dá)到了空白膠料的水平，之后反而呈下降的趨勢(shì)，140目膠粉下降的比較多，但與直接添加膠粉的水平相當(dāng)。值得注意的是，薄通膠粉的300％定伸應(yīng)力與空白膠料相比下降的比較大，而從結(jié)果看粒度對(duì)薄通膠粉300％定伸應(yīng)力的影響不大。

總的說(shuō)來(lái)，除60目膠粉外，粒度對(duì)添加薄通膠粉的膠料力學(xué)性能的影響沒(méi)有直接添加膠粉的明顯，從綜合性能看，80目薄通膠粉更優(yōu)于120目和140目薄通膠粉。分析認(rèn)為，膠粉薄通處理后，使膠粉的表面產(chǎn)生了活性基團(tuán)，這種活性基團(tuán)對(duì)交聯(lián)作用的影響超過(guò)了粒度的影響。因此，通過(guò)薄通這種機(jī)械改性方法，可以使80目的膠粉替代140目的膠粉應(yīng)用于橡膠膠料中，而膠料的力學(xué)性能則比140目直接添加膠粉的膠料更接近于空白膠料，但成本可以大大降低。

3 結(jié)論

（1）無(wú)論是直接添加20份膠粉和將膠粉薄通處理后再加入到橡膠膠料中，都會(huì)使膠料的力學(xué)性能下降，以60目膠粉下降的程度最為嚴(yán)重，而直接添加膠粉對(duì)膠料力學(xué)性能的影響比薄通膠粉要大一些；

（2）直接添加膠粉對(duì)膠料力學(xué)性能影響與膠粉的粒度有關(guān)，以140目膠粉最接近于空白膠料；

（3）膠粉薄通處理后，薄通作用對(duì)膠粉表面活性的改善要優(yōu)于膠粉粒度的因素，因此，除60目外，薄通膠粉粒度對(duì)膠料力學(xué)性能的影響不大。

[1] 李志澄.膠粉的活化與改性[J].橡膠工業(yè)，1 9 9 7，4 4(1 0)：6 1 9-6 2 7.

[2]魯萍，孟彩云，唐小強(qiáng)，等.冷凍一力化學(xué)改性膠粉制備WR P/S B R共混硫化膠研究[J].彈性體，2 0 1 0，2 0(1):5 7-6 0.