王仲耀

（中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

天然橡膠的產(chǎn)量是有一定限制的，并且其性能非常好，在工業(yè)領域，天然橡膠得到了廣泛的應用。在對天然橡膠進行生產(chǎn)時，主要生產(chǎn)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(jīng)常采用的方法是傳統(tǒng)的熱風介質(zhì)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(xiàn)連接熔融結構的情況，生膠中心部位還會出現(xiàn)夾生的問題，這會對生膠的質(zhì)量以及優(yōu)品率產(chǎn)生一定的影響。絮凝工藝所包含的內(nèi)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(zhì)的干燥方式，這種干燥方法一般是由外部向內(nèi)干燥。微波干燥方法與傳統(tǒng)的熱空氣介質(zhì)干燥方法相比，具有更快的速度，并且質(zhì)量也比較高，生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)的天然膠乳原材料，總固形物質(zhì)量分數(shù)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(lián)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)物。經(jīng)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?？梢娢⒉ê娓蓵r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(chǎn)品，門尼黏度較大的是直接烘干產(chǎn)品以及絮膠烘干產(chǎn)品。要想使烘干的產(chǎn)品達到國家標準的要求，那么要把產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)結構相互連接的情況，這會阻礙生膠內(nèi)部水分的揮發(fā)，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(nèi)部會出現(xiàn)一定的能量轉(zhuǎn)換，并且會有升溫的現(xiàn)象，此時橡膠內(nèi)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(nèi)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(chǎn)生一定的空隙，水分在失去了之后，生膠會出現(xiàn)孔洞，此時也會出現(xiàn)發(fā)黏的情況，但是比直接烘干的產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)機差進行比較，可以發(fā)現(xiàn)如果使用微波烘干的方法，那么物理性能會優(yōu)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(zhì)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(chǎn)品的加工安全性能比較好的是絮膠烘干產(chǎn)品。轉(zhuǎn)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(chǎn)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(yōu)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(yōu)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(fā)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(chǎn)生有利于硫化的物質(zhì)，從而保證硫化膠的網(wǎng)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(chǎn)生的影響。從表4可以發(fā)現(xiàn)，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(yōu)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(yōu)勢，見表5。這兩種方法在具體應用過程中能夠?qū)μ烊幌鹉z的相對分子質(zhì)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(yōu)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(chǎn)生一定的作用，從而促進了白炭黑的分散，使硫化膠網(wǎng)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(xiàn)夾生膠的情況。

2）物理性能較優(yōu)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。