李 輝,陳新民,何有圣
(江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司,上海 201204)
不溶性硫黃是硫黃深加工出的一種線(xiàn)形長(zhǎng)鏈高分子聚合物,具有聚合物的粘彈性和相對(duì)分子質(zhì)量分布特點(diǎn),不溶于二硫化碳。不溶性硫黃廣泛用于輪胎胎體膠、緩沖層膠、白胎側(cè)膠,也可用于膠管、膠帶、電纜、膠輥、油封、膠鞋和淺色橡膠制品膠料。不溶性硫黃能使鋼絲與橡膠粘合性能更好,防止膠料噴霜,提高膠料的耐熱性能和耐磨性能,是子午線(xiàn)輪胎生產(chǎn)中必不可少的原材料。
本工作采用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠配方,考察清潔工藝不溶性硫黃與普通工藝不溶性硫黃的性能。
天然橡膠(NR),牌號(hào)SMR10,馬來(lái)西亞產(chǎn)品;1#不溶性硫黃(清潔工藝),江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品;2#不溶性硫黃(普通工藝),國(guó)內(nèi)某公司產(chǎn)品;3#不溶性硫黃(普通工藝),國(guó)外某公司產(chǎn)品;新癸酸鈷CN20.5,美國(guó)Shepherd公司產(chǎn)品;鍍銅鋼絲,結(jié)構(gòu)3+9+15×0.175,江蘇興達(dá)鋼簾線(xiàn)股份有限公司產(chǎn)品。
全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠配方:NR,100;炭黑N375,43;氧化鋅,8;新癸酸鈷,1.2;不溶性硫黃(變品種),5;白炭黑,10;粘合劑RA65,5;間苯二酚甲醛樹(shù)脂GLR-20,2;其它,4.8;合計(jì),179。
BR1.57 L型密煉機(jī),英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品;LN4/6型開(kāi)煉機(jī),利拿機(jī)械(東莞)實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品;63TDF-DSM型平板硫化機(jī),湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品;UR-2010SD型硫化儀、UM-2050型門(mén)尼粘度儀和UT-2080型拉力試驗(yàn)機(jī),優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品;CLM-QLH-150型老化試驗(yàn)箱,無(wú)錫科來(lái)姆環(huán)境科技有限公司產(chǎn)品。
膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行,密煉室溫度80 ℃,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速80 r·min-1?;鞜捁に嚍椋荷z白炭黑和小料炭 黑排膠(150~170 ℃)。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行,混煉工藝為:一段混煉膠→不溶性硫黃、促進(jìn)劑和粘合劑RA65→薄通5次→下片。
不溶性硫黃熱穩(wěn)定性(加熱冷卻后不溶性硫占元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù))測(cè)試按照HG/T 2525—2011進(jìn)行,膠料性能測(cè)試按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
不溶性硫黃是亞穩(wěn)定狀態(tài),在硫化溫度下會(huì)部分還原為普通硫黃。根據(jù)HG/T 2525—2011,將不溶性硫黃在105 ℃下加熱15 min后迅速冷卻,然后將其溶解在二硫化碳中,計(jì)算不溶性硫占元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù),以表征不溶性硫黃的熱穩(wěn)定性。隨著對(duì)不溶性硫黃高熱穩(wěn)定性要求的提高,不溶性硫黃在120 ℃×15 min加熱條件下的熱穩(wěn)定性也越來(lái)越受到重視。本工作測(cè)試了3種不溶性硫黃在105 ℃×15 min 和125 ℃×15 min兩個(gè)加熱條件下的熱穩(wěn)定性,見(jiàn)表1。
表1 不溶性硫黃的熱穩(wěn)定性
從表1可以看出:3種不溶性硫黃在105 ℃×15 min條件下加熱再冷卻后的不溶性硫占元素硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于75%,滿(mǎn)足HG/T 2525—2011指標(biāo)要求;1#不溶性硫黃在120 ℃×15 min加熱條件下的熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于2#和3#不溶性硫黃,說(shuō)明其高熱穩(wěn)定性較好。
不溶性硫黃膠料性能見(jiàn)表2。
從表2可以看出:與2#和3#不溶性硫黃膠料相比,1#不溶性硫黃膠料的門(mén)尼粘度較小,門(mén)尼焦燒時(shí)間較長(zhǎng),說(shuō)明1#不溶性硫黃膠料的加工性能和加工安全性能略好;3種膠料ML,MH和t90相當(dāng);1#不溶性硫黃膠料撕裂強(qiáng)度稍大,耐熱空氣老化性能較好;老化前、濕熱老化后和鹽水老化后,1#不溶性硫黃膠料的鋼絲粘合強(qiáng)度最大,熱老化后,1#不溶性硫黃膠料鋼絲粘合強(qiáng)度略小于3#不溶性硫黃膠料,但差別不大;3種膠料的覆膠率均較大。
表2 不溶性硫黃膠料性能
在3種不溶性硫黃混煉膠的12個(gè)不同部位取樣,測(cè)試其硫化曲線(xiàn)。硫化曲線(xiàn)重合性好,說(shuō)明不溶性硫黃在膠料中的分散性好;硫化曲線(xiàn)重合性差,說(shuō)明不溶性硫黃在膠料中的分散性不好。3種不溶性硫黃膠料的硫化曲線(xiàn)見(jiàn)圖1~3。
從圖1~3可以看出:1#不溶性硫黃膠料的硫化曲線(xiàn)重合性較好,2#不溶性硫黃膠料的硫化曲線(xiàn)重合性較差,3#不溶性硫黃膠料的硫化曲線(xiàn)重合性居中。說(shuō)明1#不溶性硫黃在膠料中的分散性最好。
圖1 1#不溶性硫黃膠料硫化曲線(xiàn)
圖2 2#不溶性硫黃膠料硫化曲線(xiàn)
圖3 3#不溶性硫黃膠料硫化曲線(xiàn)
為了對(duì)以上結(jié)論進(jìn)行量化表征,采用與交聯(lián)密度相關(guān)的MH的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來(lái)比較不溶性硫黃在膠料中的分散性。12個(gè)1#不溶性硫黃膠料的MH的RSD為0.28%,12個(gè)2#不溶性硫黃膠料的MH的RSD為0.93%,12個(gè)3#不溶性硫黃膠料的MH的RSD為0.62%。可以看出,1#不溶性硫黃膠料的MH的RSD最小,說(shuō)明其MH值分布最集中,即1#不溶性硫黃在膠料中的分散性最好。
用光學(xué)顯微鏡直接觀察3種不溶性硫黃膠料的分散性。在NR中分別加入3種不溶性硫黃(不添加其他配合劑),混煉均勻后,在100倍光學(xué)顯微鏡下觀察3種不溶性硫黃膠料的斷面,見(jiàn)圖4~6。
從圖4~6可以看出:3#不溶性硫黃顆粒較小,1#和2#不溶性硫黃顆粒相對(duì)較大,這可能與其生產(chǎn)工藝有關(guān);1#和3#不溶性硫黃比2#不溶性硫黃在膠料中的分散性更好。
圖4 1#不溶性硫黃膠料斷面顯微鏡照片
圖5 2#不溶性硫黃膠料斷面顯微鏡照片
圖6 3#不溶性硫黃膠料斷面顯微鏡照片
采用5份及10份不溶性硫黃制作混煉膠,再分別在室溫及50 ℃環(huán)境中放置15 d,每天觀察,各樣品均未出現(xiàn)噴霜情況,可見(jiàn)不溶性硫黃相對(duì)普通硫黃來(lái)說(shuō),改善膠料的抗噴霜效果明顯。
清潔工藝生產(chǎn)不溶性硫黃三廢排放量小,產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和在膠料中的分散性好,膠料的物理性能、與鋼絲的粘合性能已達(dá)到或超過(guò)國(guó)外普通工藝不溶性硫黃膠料水平。說(shuō)明我國(guó)清潔工藝不溶性硫黃生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定水平,可以部分或全部替代國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品使用。我國(guó)不溶性硫黃依賴(lài)進(jìn)口的局面正在逐漸改變,生產(chǎn)工藝向綠色化和清潔化方向發(fā)展。