胶粉性能研究初探

胶粉性能研究初探
姚亮，王国志，李晓光，侯亚合，张馨
（徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏徐州221100）
摘要：以胶粉为基体材料，研究了硫化体系、软化增塑体系、偶联剂以及加工工艺对胶粉物理机械性能的影响。

实验结果表明，硫黄硫化体系、古马隆以及KH-550和KH-570有利于提高胶粉的物理机械性能；而加工方法上以先加白炭黑的一段混炼工艺为最佳。

关键词：胶粉；硫化体系；软化增塑体系；偶联剂；加工工艺
TQ333.99：A：１００８－９５００（２０14）03－００18－０3
随着经济快速发展，尤其汽车行业的快速发展，我国已成为世界第一大橡胶消费国，同时也带来一个重要的问题，即每年产生了大量的废旧橡胶制品。

由于废橡胶属于热固性聚合物材料，在自然条件下降解很慢，因此无论是弃于地表还是埋于地下，很长时间都不会变质和腐烂，素有“黑色污染”之称，给环境造成负担，产生环境污染。

所以，废旧橡胶制品的处置已成为各国环保业、橡胶业亟待解决的实际问题［1-4］。

生产胶粉是废旧橡处理的一种方法，具有集环保和资源再生利用于一身的特点，符合我国所提倡的发展循环经济的策略。

简单的说，胶粉可以应用在橡胶行业和其它行业，可作为再生胶生产原料，橡塑并用，用于建筑材料和公路建设等［5-6］。

胶粉作为橡胶制品的主体材料直接成型利用效果较差，因此，本课题从配合体系出发，研究了配合体系对胶粉性能的影响。

1实验部分
1.1原料
胶粉：20目，焦作市弘瑞橡胶有限责任公司；其它配合剂均为市售。

1.2仪器及设备
双辊开炼机：SK-160，无锡市第一橡塑机械有限公司；平板硫化机：YXE-25，上海西玛伟力橡塑机械制造有限公司；拉力机：AI-7000-GD，台湾高铁科技股份有限公司。

1.3试样制备
混炼胶制备：胶粉塑炼成片→软化增塑剂→促进剂；活性剂→填充补强剂→硫化剂。

硫化工艺条件：温度150℃；压力10~15MPa；时间根据硫化曲线设定。

1.4性能测试
按照GB/T528-2009测定拉伸性能，拉伸速度为500mm/min；按照GB/T529-2008测定直角撕裂性能，拉伸速度为500mm/min。

2结果与讨论
2.1硫化体系对胶粉性能的影响
由于橡胶的不饱和性，除一部分不饱和键在硫化反应过程中被消耗外，还有一部分未被反应的不饱和键留于胶粉中，因此，胶粉可以像普通不饱和橡胶一样采用硫黄或过氧化物进行硫化［7］。

不同硫化体系的配方见表1，硫化体系对胶粉物理机械性能的影响见表2。

由表1、表2可以看出，硫黄硫化体系能够产生低硫键和多硫键，过氧化物硫化体系能够产生碳碳键。

与低硫键和多硫键相比，碳碳键键能高，耐热性好，硫化胶永久变形小，而低硫键和多硫键键能低，耐热性较差，胶料拉伸强度较大，胶料伸长率大，尤其是多硫键。

采用硫黄硫化体系的胶料由于产生低硫键和多硫键，所以胶料拉伸强度大，伸长率大，而100%定伸强度相差不大。

2.2软化剂用量及类型对胶粉性能的影响
胶粉为粉末状材料，且为热固性材料，因此自粘性较差，在加工过程中难以成型。

加入软化增塑剂可以提高胶粉的粘合性，便于加工，且能改善其物理机械性能。

不同软化剂的配方见表3，软化剂类型及用量对胶粉物理机械性能的影响见表4。

从表3、表4中可以看出，添加古马隆的胶料综合物理机械性能好，表现为拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均较大，其中以10份古马隆较好。

无论是古马隆还是邻苯二甲酸二辛酯，均随软化剂用量的增大胶料的拉伸强度和撕裂强度降低，但伸长率变化略微不同。

2.3偶联剂类型对胶粉性能的影响
偶联剂能增进无机物与有机物之间界面结合力，通过其分子上的两种基团，将无机填料与有机橡胶以化学作用和物理作用结合起来起到补强的作用。

不同偶联剂的配方见表5，偶联剂对胶粉物理机械性能的影响见表6。

由表5、表6可以看出，含有KH-550和KH-570偶联剂的配方拉伸强度、撕裂强度较大，综合性能较好。

究其原因，可能是经过长期的老化作用的胶粉表面含氧官能团与偶联剂KH-550和KH-570分子上的胺基和酯基有较强的相互作用，从而导致其偶联效果较好，有较好的补强效果。

2.4加工工艺对胶粉性能的影响
不同工艺的配方见表7。

将按配方11称好的物料按以下4种不同工艺路线进行胶料制备。

工艺1：先将胶粉与白炭黑、一缩二乙二醇混合至片状，再加入其它配合剂，混合均匀、下片，制成混炼胶备用。

工艺2：先将胶粉与白炭黑、一缩二乙二醇混合至片状，停放24h后在进行二段混合，然后再加入其它配合剂，混合均匀、下片，制成混炼胶备用。

工艺3：先将胶粉与其它配合剂（不包括硫黄粉和白炭黑）混合至片状，再加入白炭黑混合，最后加入硫黄粉，混炼均匀、下片，制成混炼胶备用。

工艺4：先将胶粉与其它配合剂（不包括硫黄粉和白炭黑）混合至片状，停放24h后进行二段混合，然后再加入白炭黑混合，最后加入硫黄粉，混炼均匀、下片，制成混炼胶备用。

混炼工艺对胶粉门尼粘度的影响见表8，对胶粉物理机械性能的影响见表9。

由表8中可以看出，工艺1、3的门尼粘度分别大于工艺2、4。

即经过二段长时间的混合对胶粉的网络结构破坏较大，胶料的门尼粘度较低。

工艺1、2的门尼粘度分别小于工艺3、
4，可能是刚性粒子白炭黑能够提高开炼机的剪切作用，使胶粉网络结构破坏的更大，导致门尼粘度更低。

由表9可以看出，白炭黑无论是先加还是后加，采用二段混炼工艺的（工艺2、4）拉伸强度和撕裂强度均比采用一段混炼工艺的（工艺1、3）低。

但是采用二段混炼工艺的胶料定伸应力较大，对于拉断伸长率来说影响不明显；然而采用先加白炭黑的混炼工艺的（工艺1、2）撕裂强度要明显大于后加白炭黑工艺的（工艺3、4）。

因此，综合考虑能耗和性能，认为工艺1的路线为最佳。

3结论
（1）普通硫化体系更适合于胶粉的硫化，其硫化胶物理机械性能能较好。

（2）古马隆在胶粉的应用特性上优于邻苯二甲酸二辛酯，以10份古马隆为好。

（3）偶联剂能够提高胶粉硫化胶的物理机械性能，其中以KH-550和KH-570最佳。

（4）工艺上采用先加白炭黑的1段混炼工艺综合效果较好。

参考文献
1何永峰，刘玉强.废旧硫化胶粉的利用［J］.弹性体，2000，10（4）：35－37.
2钱敏，季星，朱雅雄.我国胶粉工业发展探析［J］.橡塑资源利用，2003，（3）：16-19. 3于清溪.橡胶产业结构形态分析［J］.橡塑技术与装备，2004，30（8）：5－15.
4夏云标.贯彻发展循环经济理念促进废橡胶综合利用发展［J］.中国橡胶，2005，21（12）：9-11.
5何永峰.浅谈胶粉的应用（一）［J］.再生资源研究，2002，（1）：19-24.
6方芳，周勇敏，张继.废轮胎回收制胶粉及其应用进展［J］.材料科学与工程学报，2007，25（1）：164-168.
7何永峰，刘玉强.胶粉生产及其应用-废旧橡胶资源化新技术［M］.北京：中国石化出版社，2001.
（责任编辑／陈军）
-全文完-。