丁二烯橡膠性能穩(wěn)定性研究

劉俊保，劉曉旭，曹帥英，李淑萍，湯妍雯

(1.國(guó)家合成橡膠質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 中國(guó)石油蘭州化工研究中心,甘肅 蘭州 730060；2.蘭州中石油潤(rùn)滑油添加劑有限公司，甘肅 蘭州 730060)

我國(guó)丁二烯橡膠BR 9000研制始于20世紀(jì)60年代初，國(guó)內(nèi)第一套萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)裝置于1971年在燕山石化公司建成，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和產(chǎn)能擴(kuò)建，目前國(guó)內(nèi)BR 9000總生產(chǎn)能力達(dá)到1 075 kt/a，丁二烯橡膠(BR)作為我國(guó)合成橡膠工業(yè)的一大支柱，被稱為我國(guó)合成橡膠工業(yè)技術(shù)成就的重要標(biāo)志。BR具有彈性高、生熱低、抗耐磨性和低滾動(dòng)阻力等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為橡膠加工業(yè)的重要原料。隨著國(guó)內(nèi)橡膠企業(yè)的技術(shù)改造，產(chǎn)能擴(kuò)大，新裝置的不斷增多，尤其是在加入世貿(mào)組織后，境外BR產(chǎn)品不斷涌入，BR產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈，BR產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性能將越來(lái)越得到世人的關(guān)注。

經(jīng)過(guò)3 a相關(guān)性能的考察測(cè)試，本文對(duì)獨(dú)山子石化公司、大慶石化公司生產(chǎn)的BR 9000從微觀結(jié)構(gòu)、硫化特性及物理性能等方面進(jìn)行了跟蹤對(duì)比，產(chǎn)品在3 a內(nèi)性能沒(méi)有顯著差異，為提高BR 9000產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力提供了技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

BR 9000(A樣品)：獨(dú)山子石化公司；BR 9000(B樣品)：大慶石化公司；硫化促進(jìn)劑TBBS：美國(guó)孟山都化學(xué)品公司；氧化鋅：蘭州黃河鋅品有限責(zé)任公司；硫黃：西安西峰化工有限公司；硬脂酸、四氫呋喃和甲苯：北京化學(xué)試劑公司；其它均為市售化學(xué)品。

1.2 儀器設(shè)備

VH-109型開(kāi)煉機(jī)：英國(guó)FARREL 公司；SK-160B型塑煉機(jī)：上海橡膠機(jī)械廠；RCM“24×24”-100T型平板硫化機(jī)：美國(guó)RCM公司；INSTRON 5564型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：美國(guó)英斯特朗公司；SMV-300RT型門尼黏度計(jì)：日本島津公司；MDR2000型硫化儀：美國(guó)阿爾法科技公司；Waters515型常溫凝膠滲透色譜儀：美國(guó)Waters公司；Agilent 6890-Nexus670型氣相色譜-傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用儀：美國(guó)Agilent儀器公司；SX2-4-10型箱式電阻爐：上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠。

1.3 分析測(cè)試

力學(xué)性能按照GB/T 528—2009[1]進(jìn)行測(cè)定；灰分按照GB/T 4498.1—2013[2]進(jìn)行測(cè)定；揮發(fā)分按照GB/T 24131-2009[3]進(jìn)行測(cè)定；凝膠按照SH/T 1050—2014[4]進(jìn)行測(cè)定；門尼黏度按照GB/T 1232.1—2000[5]進(jìn)行測(cè)定；硫化特性按照GB/T 16584—1996[6]進(jìn)行測(cè)定；微觀結(jié)構(gòu)按照SH/T 1727—2004[7]進(jìn)行測(cè)定；相對(duì)分子質(zhì)量及其分布按照SH/T 1759—2007[8]進(jìn)行測(cè)定；橡膠混煉與硫化按照GB/T 8660—2008[9]進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

2010年5月～2012年4月，每年對(duì)A、B樣品相對(duì)分子質(zhì)量及其分布進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 A、B樣品相對(duì)分子質(zhì)量及其分布測(cè)試結(jié)果匯總表1)

1)Mn、Mw分別為數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量和重均相當(dāng)分子質(zhì)量；Mw/Mn為相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)。

從表1可以看出，A、B樣品在3 a中測(cè)試數(shù)據(jù)基本一致，樣品沒(méi)有顯著變化。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

2010年5月～2012年4月，每年對(duì)A、B樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 A、B樣品微觀結(jié)構(gòu)匯總表

表2結(jié)果表明，A、B樣品的順式-1,4、反式-1,4和1,2結(jié)構(gòu)含量在3 a內(nèi)基本相同，樣品較穩(wěn)定。

2.3 生膠性能

A、B樣品3 a內(nèi)灰分、揮發(fā)分、微凝膠測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 A、B樣品生膠性能結(jié)果匯總表

從表3可以看出，灰分、揮發(fā)分含量在3 a內(nèi)基本沒(méi)有變化，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著時(shí)間的變化略有提高。

2.4 門尼黏度

每月對(duì)A、B樣品門尼黏度測(cè)試2次，以3 a平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。

從圖1和圖2可以看出，A樣品總平均值為45.5，極差為0.7，結(jié)果在45.5±0.4范圍內(nèi)，3 a內(nèi)穩(wěn)定；B樣品總平均值為47.4，極差為0.8，結(jié)果在47.4±0.4范圍內(nèi)，3 a內(nèi)也很穩(wěn)定。

圖1 樣品A門尼黏度統(tǒng)計(jì)圖

圖2 樣品B門尼黏度統(tǒng)計(jì)圖

2.5 硫化特性與硫化膠性能

2.5.1 硫化特性

對(duì)A、B樣品進(jìn)行混煉、硫化，混煉的基本配方(質(zhì)量份)為：BR 9000 100，IRB 7#工業(yè)參比炭黑 60，環(huán)烷基操作油 15，氧化鋅質(zhì)量 3.0，硬脂酸 2.0，TBBS 0.9，硫黃 1.5。硫化特性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，A、B樣品3 a中各自混煉后硫化特性數(shù)據(jù)基本沒(méi)有變化，硫化速度指數(shù)也基本一致。

表4 A、B樣品160 ℃硫化特性數(shù)據(jù)匯總表

2.5.2 硫化膠性能

A、B樣品選C2法進(jìn)行橡膠混煉，其拉伸性能結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，A、B樣品3 a內(nèi)年300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率處于同一水平，橡膠性能穩(wěn)定。

表5 A、B樣品拉伸性能數(shù)據(jù)匯總表

3 結(jié) 論

(1) A、B樣品相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、微觀結(jié)構(gòu)3 a時(shí)間的數(shù)據(jù)基本一致。

(2) A、B樣品生膠性能、硫化特性及硫化膠拉伸性能3 a時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)處于同一水平。

(3) A、B樣品3 a時(shí)間的逐月生膠門尼黏度測(cè)試結(jié)果在45.5±0.4、47.4±0.4區(qū)間波動(dòng)，樣品穩(wěn)定。

(4) BR 9000產(chǎn)品在3 a時(shí)間內(nèi)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有明顯變化，性能穩(wěn)定。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定：GB/T 528—2009 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：2-10.

[2] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).橡膠 灰分的測(cè)定：第1部分 馬弗爐法：GB/T 4498.1—2013[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013：1-4.

[3] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).生橡膠 揮發(fā)分含量的測(cè)定：GB/T 24131—2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：1-7.

[4] 中國(guó)石油化工總公司.合成生膠凝膠含量的測(cè)定：SH/T 1050—1991[S].北京：中國(guó)石化出版社，1991：1-3.

[5] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定：第1部分 門尼粘度的測(cè)定：GB/T 1232.1—2000[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：1-6.

[6] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.橡膠用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定硫化特性：GB/T 16584—1996[S].北京：國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，1996：1-6.

[7] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).丁二烯橡膠微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 紅外光譜法：SH/T 1727—2004[S].北京：中國(guó)石化出版社，2004：1-5.

[8] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).用滲透凝膠色譜法測(cè)定溶液聚合物分子量分布：SH/T 1759—2007[S].北京：中國(guó)石化出版社，2007：1-15.

[9] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).溶液聚合型丁二烯橡膠(BR)評(píng)價(jià)方法：GB/T 8660—2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008：1-3.