在各种橡胶的加工过程中,为了改善胶料加工性能常常需添加一些加工助剂，这类加工助剂应能降低聚合物的弹性复原性,提高胶料的塑性值,有助于胶料流动和配合剂的分散,降低能量消耗,且不影响硫化胶的物理性能等。我厂生产的锌盐RPA产品就是这样的一种加工助剂,它对降低胶料的门尼粘度,改善胶料的工艺性、生热和抗返原性有着较好的综合效果。我厂通过在天然橡胶NR及NR/BR并用胶中对不饱和脂肪酸锌盐加工助剂RPA做的一些应用研究证实，该加工助剂对改善橡胶的加工特性有显著的效果,同时可提高抗硫化返原性,降低能耗,对硫化胶物理性能影响不大,是一种综合效果较好的加工助剂。

1　实验

1•1　原材料 锌盐类产品RPA,软化点为100℃,我厂产品。产品的外观为粒状,便于自动和人工称量。试验所用其它原材料均为市售工业品。

1•2　试验配方和工艺

A.塑炼胶配方：

NR(牌号为SMR20)　 100份;   脂肪酸锌盐RPA 　3份。

 取同一块橡胶均化后测其门尼粘度,作为塑炼胶的初始门尼粘度值,将橡胶分为2份,其 中一份不添加加工助剂,在实验室用150mm×320 mm开炼机进行塑炼,辊温50℃,辊距3 mm, 每隔2 min取样测其门尼粘度,考察加工助剂对塑炼时间的影响。另取同一块均化后橡胶分为两份,在1.57L密炼机中进行塑炼,转子转速为80 r•min-1,对不同塑炼条件下的塑炼胶测其门尼粘度值,考察该加工助剂对塑炼能耗的影响。

B.混炼胶（载重轮胎胎面胶）配方

 NR(牌号为SMR20)　60;  BR　40; 氧化锌　 4.0;硬脂酸　2.0;芳烃油　5.0;炭黑N234　 60;

防老剂4010NA　1.5;石蜡　1•0;硫黄　1.6;促进剂NOBS　0.9;锌盐混合物RPA　3.0。

采用1.57 L密炼机制备炭黑母炼胶,转子转速为115 r•min-1,压砣压力为0.35 MPa,母炼胶在开炼机上出片后,取样测其胶料门尼粘度值和粘弹性。将母炼胶停放24 h后, 在实验室速比为1∶1.4的Φ150 mm×320 mm 开炼机上加硫黄和促进剂NOBS。

1•3　试验方法

硫化特性的测定采用美国孟山都公司 MDR2000型硫化仪,按照ASTM D 2084方法进行试验。门尼粘度、门尼松弛和门尼焦烧采用美国孟山都公司MV2000型粘度计,按照ASTM D 1646方法进行试验。门尼松弛时间选择30 s。

未硫化胶和硫化胶的粘弹性使用 RPA2000型橡胶加工分析仪,采用通用的试验 条件和程序,即温度、频率和应变等诸因素的不同组合进行扫描。

抗返原性采用硫化仪在185℃高温下进行试验,从达到硫化平坦线最高点开始,用转矩下降10%时的时间表示抗返原性好坏,下降时间越长,其抗返原性越好。

2　结果与讨论

2•1　加工助剂对NR门尼粘度的影响

在NR中添加3份加工助剂RPA有利于改善橡胶的加工性能：

在开炼机中塑炼,加工助剂RPA对橡胶门尼粘度的影响很大,能起到改善NR门尼粘度的较好的作用效果。NR的门尼粘度从原始的91.8下降至62.0,未添加加工助剂时需塑炼4.5 min,而添加3份加工助剂后则需要约2 min,节省时间56%。

在密炼机中塑炼,相比用直接塑炼的方法降低橡胶门尼粘度需不断增大能耗的情况而言,而添加加工助剂后降低橡胶门尼粘度只需较少的能量就能塑炼到所要求的粘度值,并且不会影响最终硫化胶的硬度和其它性能。NR的门尼粘度从原始的81.0下降至65.0,未添加加工助剂时塑炼能耗为0.30 kWh•kg-1,而添加3份加工助剂RPA可大幅度降低能耗。当NR塑炼达到一定的门尼粘度时,再继续塑炼对NR的门尼粘度降低作用不大。

2•2　加工助剂RPA对混炼胶工艺特性的影响

混炼胶工艺特性的优劣实际上是橡胶在各种工艺过程中粘性和弹性的不同表现。对混炼胶在100℃下时，加工助剂RPA有利于降低胶料的门尼粘度值,加入后,母炼胶的门尼粘度值下降约25~30,终炼胶下降约16~ 20。混炼时对于加入加工助剂RPA的胶料,加入炭黑后产生的最大功率值比未加加工助剂的胶料功率值低;同时在相同的混炼工艺下,混炼胶的总能量也比未加入加工助剂的胶料低6%~ 8%。胶料门尼粘度的降低有利于炭黑的混炼和分散,同时便于胶料的压延和挤出操作。

门尼粘度值是一个矢量值,它由弹性和粘性两部分组成。具有相同门尼粘度值的不同配方,如果它们在弹性和粘性的两个分量不同,也会造成两种胶料在加工特性上有很大的差异。在100℃下，添加加工助剂RPA后,母炼胶和终炼胶的门尼松弛值下降得较快, 胶料门尼松弛值的下降提高了胶料的粘性分量,使胶料的流动性提高,便于提高挤出半成品的尺寸精确度。从混炼胶出片的情况看,添加加工助剂后的混炼胶胶片比未加加工助剂的混炼胶胶片明显平整光滑。

采用橡胶加工分析仪和动态剪切模量试验方法研究了在100℃、不同频率和应变条件下加工助剂RPA从对未硫化胶料粘弹性的影响可以看出,,添加加工助剂的胶料比未添加加工助剂胶料的 tanδ值高。在同一种配方中未硫化胶tanδ值的高低是对胶料中配合剂分散性好坏的表征, tanδ值越大说明其分散性越好。由此说明了添加该加工助剂可改善胶料中各组分的分散性,有利于提高制品的性能。

2•3　加工助剂对混炼胶硫化特性的影响

混炼胶的门尼焦烧和硫化特性从t5的试验结果可以看出,加工助剂在125℃ 的温度下对胶料的硫化特性略有影响,其中RPA延迟硫化作用约5min。从 t10的试验结果可以看出,在151℃的加工条件下,加工助剂对胶料的硫化特性有延迟作用,延迟约1.1 min。而最小转矩值与胶料的门尼粘度和门尼松弛的试验结果相一致,说明加工助剂可使胶料的流动性获得改善。另外还可以看出, 加工助剂使得硫化胶的弹性模量略有下降,但同时使得硫化胶在高温下的抗返原性得到很大的改善,提高了硫化胶的抗生热性能,延长了制品的使用寿命。

2•4　加工助剂对硫化胶性能的影响

加工助剂RPA对静态性能无显著影响,老化前后的弹性、撕裂性能和扯断伸长率均有所上升,定伸应力略有下降。弹性的改善有利于降低胶料的滚动阻力、减少动态生热,这与硫化胶老化前后的粘弹性测试结果一致,改善了抗硫化返原性,提高了产品的使用性能。

在 80℃和7%应变的不同频率条件下,加工助剂RPA大幅度改善了硫化胶的动态性能,特别是在老化(190℃×10 min)后,加工助剂对硫化胶的损耗因子的影响更为显著。

综上所述,加工助剂RPA改善了硫化胶的动态性能而基本保持了静态性能,原因是加工助剂在胶料中主要起内润滑的作用,可起到不破坏橡胶大分子链的物理塑解剂的作用,从而使胶料在保证门尼粘度大幅度下降的同时又保持良好的物理性能,并改善动态性能。采用加工助剂RPA来降低胶料门尼粘度比起采用化学塑解剂或机械法都要优越,虽然后两种方法同样也能降低胶料的门尼粘度,但却都同时会使橡胶大分子链受到破坏,对硫化胶的物理性能和动态性能有较大的负面影响。

3　结论

(1)在塑炼胶中加入RPA能够显著降低塑炼胶的门尼粘度,改善塑炼胶的加工特性, 节省大量加工时间和降低能耗。

(2)在混炼胶中加入RPA能够显著改善胶料的工艺性能和抗硫化返原性,降低能耗, 提高胶料挤出型制品的尺寸稳定性及胶料的动态性能,并对胶料的物理性能无显著负面影响。