氯丁橡膠混煉工藝的研究

氯丁橡膠混煉工藝的研究

氯丁橡膠（rc）具有優(yōu)異的耐老性和自增強(qiáng)性，但通常發(fā)生在70.90下的粘度流變化，這接近于生產(chǎn)中的開(kāi)洗機(jī)反應(yīng)溫度。在混合過(guò)程中，易于將粘稠塊連接到粘合劑中，因此很難將配合劑分散在cr中，從而導(dǎo)致硫酸鋁噴霧劑的性能和物理效率的變化，尤其是低硬度產(chǎn)品?；鞜捈庸な窍鹉z最重要的加工工序之一,同時(shí)也是高能耗的加工工序。所以,膠料具備適宜的混煉工藝性能是減少混煉膠批次性和降低不必要能耗的關(guān)鍵。多種橡膠的并用有利于彌補(bǔ)單一橡膠材料性能的不足。為了改進(jìn)CR的混煉工藝性能,通常將CR與天然橡膠(NR)、順丁橡膠(BR)或者三元乙丙橡膠(EPDM)并用。但NR和BR的耐熱、耐臭氧老化性能較差,并用后會(huì)降低CR的耐老化性能。EPDM在較寬的溫度范圍內(nèi)可保持分子鏈的柔性和彈性,具有優(yōu)良的耐老化性能,但自黏性和互黏性差。CR與EPDM并用可保持二者的性能優(yōu)勢(shì),工藝性能上能夠互補(bǔ)。以往,CR與EPDM的共混研究主要集中在填充劑、相容劑和EPDM相結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)CR/EPDM硫化膠性能的影響等方面,對(duì)共混膠的混煉工藝性能的研究未見(jiàn)系統(tǒng)深入的報(bào)道。本工作研究了不同共混比下的CR/EPDM共混膠隨溫度變化的黏彈性以及混煉薄通工藝性能,以期在改善低硬度CR的混煉工藝性能方面有實(shí)際指導(dǎo)意義。1實(shí)驗(yàn)部分1.1酯類(lèi)助劑和助劑CR,牌號(hào)為Baypren126;EPDM,牌號(hào)為BunaEPG3850,均由廣州三普貿(mào)易有限公司提供。加工助劑StruktolWB212,高相對(duì)分子質(zhì)量的脂肪酸酯和中等活性填料的混合物;均勻劑Struktol60NSF,芳香烴、環(huán)烷烴和脂肪烴組成的混合物,均由上海彤程化工有限公司提供。其他助劑均為橡膠工業(yè)常用品。1.2試驗(yàn)方法基本配方(質(zhì)量份)CR母煉膠:CR100,氧化鎂4.0,硬脂酸1.5,防老劑ODPA1.5,防老劑IPPD1.0,促進(jìn)劑ETU1.2,StruktolWB2122.0,半補(bǔ)強(qiáng)炭黑N77420,陶土15,鄰苯二甲酸二辛酯25。EPDM母煉膠:EPDM100,硫黃1.8,硬脂酸1.0,古馬隆樹(shù)脂5.0,Struktol60NSF4.0,防老劑IPPD1.0,防老劑MB1.0,高耐磨炭黑N33030,石蠟油30,促進(jìn)劑CBS1.5,促進(jìn)劑ZEDC0.5,促進(jìn)劑DPG0.2?；鞜扖R母煉膠:稱(chēng)取500gCR,于20～40℃在上海第一橡膠機(jī)械廠生產(chǎn)的XS-160型煉膠機(jī)上薄通塑煉3次,依次加入硬脂酸、StruktolWB212、氧化鎂、防老劑、促進(jìn)劑、炭黑、陶土和鄰苯二甲酸二辛酯,薄通5次出片。EPDM母煉膠:稱(chēng)取300gEPDM,于20～40℃在煉膠機(jī)上薄通塑煉5次,依次加入古馬隆樹(shù)脂、均勻劑、硬脂酸、防老劑、促進(jìn)劑、硫黃、炭黑和石蠟油,薄通5次出片。CR/EPDM共混膠:在不同共混比(質(zhì)量比)下,于20～40℃先將EPDM母煉膠和約1/4的CR母煉膠在煉膠機(jī)上包輥薄通5次,再加入剩余3/4的CR母煉膠薄通3次,加入5.0份氧化鋅,薄通5次出片。1.3膠料黏輥情況觀察門(mén)尼黏度用臺(tái)灣高鐵測(cè)試儀器有限公司生產(chǎn)的GT-7080S2型門(mén)尼黏度儀按GB/T1232—1992測(cè)試,溫度分別取60,75,90℃?；鞜捥匦栽?60±3),(75±3),(90±3)℃下在上海第一橡膠機(jī)械廠生產(chǎn)的XS-160型煉膠機(jī)上將膠料以0.6～0.8mm的輥距薄通,割膠打三角包操作5次,觀察膠料的黏輥情況。加工性能取5g左右膠料在美國(guó)Alpha科技公司生產(chǎn)的2000型橡膠加工分析儀(RPA)上試驗(yàn),設(shè)定應(yīng)變?yōu)?.5deg,頻率為100cpm,90℃下恒溫3min,2min內(nèi)降溫至75℃恒溫3min,測(cè)定膠料的彈性模量和彈性黏度隨時(shí)間和溫度的變化情況。2結(jié)果與討論2.1熱壓對(duì)膠質(zhì)分子溫度的影響從表1可見(jiàn),隨著溫度的升高,所有膠料的門(mén)尼黏度都有不同程度的降低,EPDM用量越大,CR/EPDM共混膠的門(mén)尼黏度下降幅度越小。在一定溫度下,膠料處于哪一種狀態(tài),除了與其中的增強(qiáng)劑和軟化劑及其橡膠分子的相互作用有關(guān)外,橡膠分子結(jié)構(gòu)尤其是橡膠分子的極性、相對(duì)分子質(zhì)量大小及其分布亦有較大影響。這些因素也影響著膠料處于高彈態(tài)的溫度范圍。由于CR分子結(jié)構(gòu)具有極性,溫度對(duì)其相態(tài)的影響很大。在較低溫度下,CR處于彈性狀態(tài),溫度較高時(shí),部分CR變?yōu)樗苄誀顟B(tài),成為彈性態(tài)和塑性態(tài)并存的粒狀態(tài),這時(shí)膠料的門(mén)尼黏度小,容易發(fā)生黏性流動(dòng)。EPDM具有不飽和度低和非極性等特點(diǎn),可在較寬的溫度范圍內(nèi)保持彈性狀態(tài),其狀態(tài)對(duì)溫度敏感性相對(duì)較低。EPDM的加入,降低了共混膠料的溫度敏感性,提高了膠料的彈性狀態(tài)溫度,從而使共混膠的門(mén)尼黏度隨溫度升高而下降的幅度減緩,并且隨著EPDM并用量的增加影響程度越明顯。2.2輥溫不高、厚度大時(shí)cr/epda混煉操作橡膠的開(kāi)煉機(jī)混煉特性可分為4種狀態(tài)。其中,最適于橡膠的混煉和配合劑分散的狀態(tài)是橡膠能自動(dòng)進(jìn)入輥筒間隙,既有塑性流動(dòng)又有適當(dāng)?shù)母邚椥巫?并以彈力擠壓輥筒而緊密包輥。另一種狀態(tài)是橡膠過(guò)于柔軟,導(dǎo)致缺乏彈力或機(jī)械強(qiáng)度過(guò)低而出現(xiàn)黏輥現(xiàn)象。輥溫是影響開(kāi)煉機(jī)混煉最主要的因素之一。從表2可見(jiàn),當(dāng)輥溫較低時(shí),不同共混比的CR/EPDM共混膠能夠薄通出片、不黏輥;隨著溫度的升高,純CR比CR/EPDM共混膠更早出現(xiàn)薄通困難、黏輥現(xiàn)象;隨著EPDM并用量的增加,既使在更高輥溫下,共混膠也容易薄通出片、不黏輥,當(dāng)CR/EPDM為80/20、輥溫在75℃以下時(shí),共混膠可達(dá)到正常的彈性狀態(tài),順利進(jìn)行薄通操作。CR的混煉特點(diǎn)是混煉生熱大,易焦燒,即使加入加工助劑,在輥溫較高時(shí)也容易黏輥。在70～90℃輥溫下,粒狀態(tài)的CR強(qiáng)度低,容易黏附開(kāi)煉機(jī)輥筒。另外,只有膠料的強(qiáng)度大于膠料與輥筒的黏附力才能容易進(jìn)行薄通和出片操作。EPDM的加入減緩了CR變?yōu)榱顟B(tài)的趨勢(shì),使膠料保持彈性狀態(tài)的較高強(qiáng)度;同時(shí),EPDM的自黏性和互黏性差,有利于降低共混膠與金屬輥筒的黏附力,從而明顯改善了膠料的混煉操作性能;當(dāng)EPDM用量較大時(shí),即使在較高溫度下也能順利進(jìn)行薄通操作。2.3cr/epd-d共混膠料彈性由圖1、2可見(jiàn),在相同溫度下,CR/EPDM共混膠的彈性模量和彈性黏度隨著EPDM用量的增加而增大;在相同共混比下,CR/EPDM共混膠的彈性模量和彈性黏度隨著溫度的升高而下降。CR/EPDM共混膠料的彈性模量和彈性黏度的變化趨勢(shì)與其門(mén)尼黏度隨溫度的變化趨勢(shì)以及膠料在開(kāi)煉機(jī)上的混煉薄通情況有著很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。膠料的彈性模量和彈性黏度隨著溫度的變化趨勢(shì)直觀反映了膠料對(duì)溫度敏感性的不同和所處狀態(tài)的變化趨勢(shì)。膠料處于彈性狀態(tài)時(shí),橡膠大分子鏈纏繞在一起,在應(yīng)力作用下,產(chǎn)生一定的彈性變形和黏性流動(dòng)。溫度越低,分子鏈纏繞越牢固,越不容易產(chǎn)生黏性流動(dòng),彈性模量和彈性黏度越大;隨著溫度的升高,橡膠大分子熱運(yùn)動(dòng)加劇而解開(kāi)纏繞,容易產(chǎn)生黏性流動(dòng),彈性模量和彈性黏度減小。3cr與epda共混a)膠料的門(mén)尼黏度隨溫度升高而降低,其中純CR膠料的下降趨勢(shì)比純EPDM和CR/EPDM更為迅速;隨著EPDM并用量的增加,CR/EPDM共混膠料的門(mén)尼黏度隨著溫度的升高而降低的趨勢(shì)減緩。b)由于CR和EPDM分子