混炼工艺对炭黑填充橡胶性能的研究

混炼工艺对炭黑填充橡胶性能的研究【摘要】如果使用硅烷偶联剂来改善补强性能，混炼顺序尤其重要。与普通混炼工艺相比，在对胶料性能没有负面影响的前提下，y法顺序混炼具有可将一种白炭黑填充母炼胶与各种炭黑填充母炼胶并用，有效制备不同胶料的潜力。

【关键词】胶料；混炼顺序；白炭黑；炭黑

由于配合剂的分散以及各种化学反应，橡胶成品性能可能受到混炼工艺的极大影响。研究表明，混炼温度、混炼时间和混炼顺序对橡胶性能有显著的影响。如果其中一种配合剂可能在硫化期间发生反应，那么，混炼工艺就更加重要。y法混炼法，就是分别制备两个含炭黑和白炭黑的单独的母炼胶，然后再一同加入硫化剂的炼胶工序。采用y法顺序混炼的胶料，其性能类似或优于一段法混炼胶料，它是制备同一白炭黑母胶与各种炭黑胶并用的不同胶料的一种适宜的替代方案。以下将就白炭黑填充胶料探讨三种不同顺序的混炼工艺（y法、一段法和多段法），并将硫化前（门尼粘度值和硫化时间）和硫化后（100％定伸应力、200％定伸应力和300％定伸应力、拉断强度、拉断伸长率、硬度和粘弹性）的橡胶性能作了对比。从胶料性能和生产效率角度讨论了用y法混炼代替普通混炼工艺的前景。

1、实验

表l为该研究所用胶料的配方。混炼采用nm—1．5—20型捏合机，混炼工艺条件列于表2～表4。

门尼粘度值（ml1+4）用smv一201型门尼粘度计在130℃下测定。硫化曲线，即橡胶应力随硫化时间的变化用硫化仪在170℃下测得。90％和100％硫化所需要的时间（t90和t100）分别根据对应于0％和100％硫化的最小和最大的扭矩计算。每种试样的硫化时间在t90和t100之间。粘弹性可用ueshimavr-7110型粘弹性分析仪，按照标准jisk6394测定。25℃下弹性模量（e’）与应变的关系在10hz频率时测定。高温（>40℃）和低温（<0℃）下tanδ与温度的关系分别用单一应变幅度1．00％和0．25％在频率为10hz 时测得。100％、200％和300％定伸应力（分别为σ100、σ200和σ300）、拉断强度（σbreak）和拉断伸长率（εbreak）可在ags-500拉伸试验机上以哑铃状试样，按照标准jisk6251，在伸长率500mm ／min条件下测定。邵尔a型硬度用excelrh-101a自动邵尔硬度计，按照标准jisk6253测定之。

二、结果与讨论

1、胶料性能

分别用一段法顺序（a）、y法顺序（b）和多段法顺序（c）制备了3种不同的胶料。ml1+4、t90、t100和硫化时间的数值列于表5，该表提供了有关这些胶料是否适合于生产的重要信息。ml1+4是衡量胶料加工性能的一个指标；加工性能随着ml值的减小而提高。

胶料a和c分别表现出最低和最高的ml1+4值。这些结果可以用硅烷偶联剂和白炭黑对胶料的影响来解释，它们的反应见图1。混炼期间最好是发生反应（1），反应（2）应加以抑制，否则胶料

的ml1+4值太高，将导致加工困难。混炼工序数量的增加可能会使总混炼时间延长，从而提高反应（2）的程度，这样，便可以解释胶料b和c的ml1+4值高于胶料a的原因了。胶料b的ml1+4值也可能由于1st-i工序混炼期间所使用的高温而有所增大，这是由于聚合物断链引起的分子量减少造成的。可以得出的结论是，混炼顺序b可应用于白炭黑填充胶料而不致引起加工性能方面的问题。b 的加工性能实际上优于常用工艺c。与研究中所得结果不同，据以前报道，使用混炼顺序b会导致ml1+4值低于a。但是，混炼工艺条件和配方的差异有碍于试验结果的直接比较。

b和c的硫化时间（t90和t100）比a短。造成这一结果的主要原因与白炭黑粒子吸附促进剂的程度不同有关。白炭黑表面覆盖有硅烷醇基，其极性比炭黑表面的高。白炭黑填充胶料的硫化时间会由于白炭黑表面上的硅烷醇基而有所延迟，这是因为促进剂（加如次磺酰胺、噻唑、胍、秋兰姆、二硫化氨基甲酸盐和醛胺类促进剂，以加快硫化过程）容易被吸附到白炭黑粒子的表面。应将白炭黑表面的硅烷醇基按照图1的反应图解，进行不可逆改性，使表面极性有所降低。si69在混炼过程中也可能与其它配合剂（例如防老剂）发生反应。但是，对于b和c，在头道工序中母炼胶里并不存在这种配合剂，因此，白炭黑表面的改性效果优于a。硅烷醇基与si69较为有效的反应，使白炭黑表面的硅烷醇基的量减少了，白炭黑粒子吸附促进剂的程度有所削弱，因此加快了b和c的硫化。

2、结语

作为制备白炭黑填充胶料中一段法或多段法普通混炼顺序的一种替代方案，对y法混炼进行了探讨。对硫化前和硫化后的橡胶性能进行的比较表明，用y法混炼的胶料性能优于一段法混炼顺序，而类似于多段法。所以，就胶料性能和生产效率而言，以y法替代普通混炼工艺是可行的。