呂 強,董愛景,茍登峰
(貴州輪胎股份有限公司,貴州 貴陽 550008)
采用溴化丁基橡膠(BIIR)/天然橡膠(NR)并用的無內(nèi)胎輪胎氣密層在生產(chǎn)過程中不時出現(xiàn)膠皮表面發(fā)毛無光澤、凹凸不平的情況,不僅影響正常生產(chǎn),造成成本浪費,而且給輪胎使用帶來質(zhì)量隱患。隨著無內(nèi)胎輪胎產(chǎn)量的增大,此問題表現(xiàn)得更加突出。
本工作從混煉相容性角度出發(fā),對BIIR和NR并用膠工藝相容性的影響因素進行分析,測試溫度對生膠和混煉膠門尼粘度的影響,通過試驗改進氣密層膠料的混煉工藝,縮小BIIR和NR并用時的門尼粘度差異,改善了相容性,并應用于實際生產(chǎn)中,取得了較好效果。
BIIR,牌號CBK2222,美國埃克森公司產(chǎn)品;NR,5#標準膠,海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司產(chǎn)品;炭黑N660,山西大同恒大化工有限責任公司產(chǎn)品;氧化鋅,貴陽中江礦業(yè)有限公司產(chǎn)品;芳烴油,洛陽市龍光化工有限公司產(chǎn)品。
BIIR 60,NR 40,炭黑N660 60,氧化鋅3,氧化鎂 0.3,硬脂酸 1,40MSF樹脂 4,C9石油樹脂 3,礦質(zhì)膠 3,芳烴油 4,硫黃 0.6,促進劑DM 1.5。
254 mm(10英寸)開煉機,上海橡膠機械廠產(chǎn)品;F270型密煉機,英國法雷爾公司產(chǎn)品;XLB-Q 500×500×2型50 t平板硫化機(蒸汽),青島巨融機械技術有限公司產(chǎn)品;401A型老化烘箱,上海實驗儀器有限公司產(chǎn)品;M200E型門尼粘度試驗機、R100E型橡膠硫化儀和T2000E型電子拉力機,北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品;Q800型動態(tài)粘彈譜儀,美國TA公司產(chǎn)品。
(1)正常生產(chǎn)混煉工藝:一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,加入BIIR和NR塑煉膠、小料(不含氧化鋅、硫黃和促進劑)混煉40 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至110 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至122 ℃時提壓砣→壓壓砣→混煉至138 ℃時排料;二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1,加入一段混煉膠、氧化鋅、硫黃和促進劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。
(2)試驗混煉工藝:根據(jù)配方組成,分別生產(chǎn)BIIR母膠M1(BIIR 60,炭黑N660 34,氧化鎂 0.3,40MSF樹脂、C9石油樹脂和礦質(zhì)膠 9,芳烴油 1)和NR母膠M2(NR 40,炭黑N660 26,硬脂酸 1,C9石油樹脂 1,芳烴油 3),停放后進行終煉膠生產(chǎn)(M1母膠/M2母膠質(zhì)量比為104.3/71),硫化體系配比不變。
M1母膠生產(chǎn)工藝:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,加入BIIR、小料(不含氧化鋅、硫黃和促進劑)混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至125 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至142 ℃排料。
M2母膠生產(chǎn)工藝:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,加入NR、小料(不含氧化鋅、硫黃和促進劑)混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至130 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至145 ℃時提壓砣→壓壓砣→混煉至165 ℃排料。
終煉膠生產(chǎn)工藝:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1,加入M1母膠、M2母膠、氧化鋅、硫黃和促進劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。
玻璃化溫度采用動態(tài)粘彈譜儀測試,試驗條件為:頻率 5 Hz,應力 0.4 MPa,溫度范圍-80~0 ℃。
其他性能均按相應的國家或企業(yè)標準測試。
橡膠相容性是指兩種以上聚合物在共混過程中相互分散的能力[1],其與生膠并用比和門尼粘度等有關。二者的粘度相差越大,并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越大;二者的粘度越接近,并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越細微[2]。為了分析混煉工藝對BIIR和NR相容性的影響,分別在不同溫度下測試BIIR和NR的門尼粘度,結果見圖1。
從圖1可以看出,BIIR的門尼粘度比NR低,隨著溫度的升高,BIIR和NR的門尼粘度下降,BIIR的下降幅度比NR大。
分析認為:NR相和BIIR相的門尼粘度差異越大,并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越大,同時由于BIIR并用的配方混煉排膠溫度都不高,在正常工藝的排膠溫度下,機械混煉降低NR門尼粘度的效果不明顯,就會出現(xiàn)門尼粘度高、相區(qū)尺寸大的NR相分散于BIIR相中,造成混煉膠中兩相彈性差異大;其次炭黑在與并用膠共混時,由于炭黑與橡膠分子鏈中的雙鍵有很強的結合力,不飽和度大的橡膠與炭黑的親和力大,因此,炭黑在NR相中的分布明顯大于在BIIR相中的分布,炭黑在并用膠中的分布不均,會進一步擴大兩相的彈性差異,從而引起混煉膠或壓延膠片外觀凹凸不平。
溫度對M1和M2母膠門尼粘度的影響見圖2。
圖2 溫度對M1和M2母膠門尼粘度的影響
試驗混煉工藝是通過將炭黑分別加入BIIR和NR中,減小炭黑分布對混煉膠門尼粘度的影響,同時采用不同混煉工藝,在M2混煉時提高排膠溫度到165 ℃,以降低NR的門尼粘度,這在與BIIR并用時是不能實現(xiàn)的。由圖2可以看出,通過以上工藝改進,在終煉膠混合的溫度范圍(105~115 ℃)內(nèi),M1和M2母膠的門尼粘度比較接近,減小了并用膠兩相粘彈性的差異。
為了考察試驗工藝的混合效果,研究混煉工藝對混煉膠玻璃化溫度的影響,結果見圖3,tanδ為損耗因子。
圖3 混煉工藝對混煉膠tanδ的影響
從圖3可以看出,與生產(chǎn)工藝相比,試驗工藝混煉膠的玻璃化溫度向低溫方向移動。這是因為在試驗工藝混煉膠中,NR混煉時的機械作用時間長,分子鏈斷裂的幾率大,相對分子質(zhì)量比正常生產(chǎn)工藝小,使分子鏈端部的濃度增加,從而降低玻璃化溫度,進一步說明試驗工藝可以達到降低NR門尼粘度的效果。
從圖3還可以看出,試驗工藝膠料的tanδ-溫度曲線的峰寬比正常生產(chǎn)工藝膠料窄,說明在試驗工藝條件下,混煉膠的相容性比正常生產(chǎn)工藝要好,進一步說明試驗工藝可以縮小混煉膠中兩相的門尼粘度差異。
采用不同混煉工藝生產(chǎn)的混煉膠的炭黑分散情況見圖4。
圖4 混煉膠的炭黑分散情況
從圖4可以看出,試驗工藝膠料中的炭黑分散性優(yōu)于正常生產(chǎn)工藝膠料,這主要是由于試驗工藝改變了炭黑分布,改善了并用膠中NR和BIIR的門尼粘度,因此有利于混煉時填料的分散。
混煉工藝對膠料硫化特性和物理性能的影響見表1。
從表1可以看出:試驗工藝膠料的硫化特性與生產(chǎn)工藝膠料相差不大;老化前后硫化膠的物理性能均明顯優(yōu)于正常生產(chǎn)工藝膠料,這主要是由于在試驗混煉工藝條件下,炭黑在BIIR相中的分布比正常生產(chǎn)工藝多,起到了補強效果。
表1 混煉工藝對膠料性能的影響
對采用試驗工藝生產(chǎn)的混煉膠進行氣密層膠片試生產(chǎn)。結果顯示,混煉膠熱煉時比較容易回煉均勻,壓延膠皮表面平整光潔性提高,壞料明顯減少。
采用試驗混煉工藝可改善混煉膠的相容性,從而提高膠料的加工性能,解決了氣密層膠片生產(chǎn)時經(jīng)常出現(xiàn)的凹凸不平等外觀問題,膠料的物理性能得到改進,可以滿足正常生產(chǎn)要求,同時NR直接混煉,取消了塑煉過程,提高了生產(chǎn)效率。