活化膠粉在輸送帶覆蓋膠中的應(yīng)用

徐 磊，曲成東，何 磊，孟 陽

（無錫寶通科技股份有限公司，江蘇 無錫 214112）

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，我國廢舊橡膠制品的積聚量越來越大，每年生產(chǎn)橡膠制品量約為500萬t，產(chǎn)生廢舊橡膠量約為200萬t。而廢舊橡膠具有交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在自然界中很難被分解。目前廢舊橡膠利用以生產(chǎn)活化膠粉、再生橡膠和翻新輪胎為主?；罨z粉由廢舊輪胎經(jīng)工業(yè)化粉碎、活化改性而成，活化改性過程在常溫、常壓下進行，具有生產(chǎn)工藝簡單、活化時間短、產(chǎn)品性能好、能耗低、無污染、貯存穩(wěn)定等特點[1]。在輸送帶覆蓋膠中添加活化膠粉，不但可提高橡膠制品的耐疲勞性能和改善膠料的工藝性能，還可大幅降低生產(chǎn)成本。

天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）和順丁橡膠（BR）作為橡膠工業(yè)中廣泛使用的膠種，用量巨大。以一種橡膠為主體材料的輸送帶覆蓋膠存在各自不同的問題，多種橡膠并用不僅能體現(xiàn)各種橡膠的特性[2]，而且能更好地應(yīng)對橡膠市場價格波動，降低生產(chǎn)成本。活化膠粉在輸送帶覆蓋膠中的應(yīng)用給配方設(shè)計技術(shù)人員提供了全新的角度，但過去多側(cè)重于研究活化膠粉的特性，對使用活化膠粉的輸送帶覆蓋膠硫化特性和物理性能研究較少，膠料的生產(chǎn)安全性、工藝性能也亟待研究[3]。

本工作研究活化膠粉用量對SBR性能的影響以及活化膠粉用量為45份時生膠（NR/SBR/BR）并用比對輸送帶覆蓋膠性能的影響，以期為輸送帶企業(yè)提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SCR20，西雙版納中化橡膠有限公司景洪膠廠產(chǎn)品；BR，牌號9000，大慶石化公司產(chǎn)品；SBR，牌號1502，杭州浙晨橡膠有限公司產(chǎn)品；活化膠粉，粒徑為0.25 mm，江西廣安再生資源有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

活化膠粉試驗配方：SBR 100，炭黑 60，增塑劑 10，氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑 6，硫黃 1.8，促進劑 1.5，活化膠粉 變量。

輸送帶覆蓋膠試驗配方：NR/SBR/BR 100，活化膠粉 45，炭黑 55，活性劑 7，古馬隆樹脂 4，防老劑 7，偶聯(lián)劑 2，防焦劑 0.5，促進劑 1.5，硫黃 2。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XSM-1/10-120型試驗密煉機，上?？苿?chuàng)橡塑機械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機，無錫市晨光橡塑機械廠產(chǎn)品；XLB-D350×350×2型電加熱平板硫化機，湖州東方機械有限公司產(chǎn)品；M3000A型無轉(zhuǎn)子硫變儀，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；UA-2076型滾筒磨耗機，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；臭氧老化箱，德國Argentox公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

采用兩段混煉工藝混煉膠料，其中一段混煉在密煉機中進行，二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：將塑煉后的生膠按比例加入轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1的密煉機中，然后加入小料，再加入活化膠粉和炭黑，混煉一定時間后排膠（140 ℃）。二段混煉工藝為：在開煉機上加入一段混煉膠，然后加入硫黃和促進劑混煉均勻，薄通6～8次，下片。膠料放置2～24 h后在平板硫化機上硫化，SBR膠料和NR/SBR/BR覆蓋膠硫化條件分別為150 ℃×30 min和145 ℃×40 min。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 活化膠粉用量對SBR性能的影響

2.1.1 硫化特性

表1示出了活化膠粉用量對SBR膠料硫化特性的影響。

表1 活化膠粉用量對SBR膠料硫化特性（145 °C）的影響

從表1可以看出：隨著活化膠粉用量的增大，膠料的t10呈縮短趨勢，活化膠粉用量超過10份后，其用量每增大10份則t10縮短30 s左右；t90也呈縮短趨勢，說明硫化速率加快，效率提高，但伴隨著t10縮短產(chǎn)生操作安全性問題；FL增大，F(xiàn)max基本保持不變，表明活化膠粉對SBR膠料交聯(lián)密度的影響不大。

2.1.2 物理性能

表2示出了活化膠粉用量對SBR膠料物理性能的影響。

從表2可以看出：隨著活化膠粉用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，300%定伸應(yīng)力呈上升趨勢，拉斷伸長率和DIN磨耗量逐漸減小，說明部分活化膠粉參與交聯(lián)反應(yīng)；活化膠粉用量超過10份時，其用量每增大10份則膠料的拉伸強度下降1 MPa左右。

表2 活化膠粉用量對膠料物理性能的影響

綜合分析表1和2可知，活化膠粉不是單純造成SBR膠料物理性能下降的填料，仍具有一定的功能性。隨著活化膠粉用量的增大，SBR膠料的300%定伸應(yīng)力增大，拉伸強度降低，拉斷伸長率和DIN磨耗量減小，并且老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率逐漸減小，說明活化膠粉與硫化膠之間形成了交聯(lián)度較低的界面層。當(dāng)受到外力作用時，低交聯(lián)度的界面層可起到緩沖應(yīng)力、降低生熱的作用，使膠料表現(xiàn)出良好的動態(tài)耐疲勞性能、耐磨性能和耐熱性能等；而未參與交聯(lián)的活化膠粉，導(dǎo)致膠料的拉伸強度和拉斷伸長率有所下降。

結(jié)合加工安全性、工藝性能和價格，活化膠粉用量以45份為佳，即后續(xù)試驗中NR/SBR/BR覆蓋膠中活化膠粉用量為45份。

2.2 NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響

2.2.1 NR用量固定

固定NR用量為50份，通過改變SBR/BR的比例，考察NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響。

2.2.1.1 硫化特性

表3示出了NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠硫化特性的影響。

從表3可以看出：當(dāng)NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的t10和t90呈縮短趨勢，說明硫化速率有所加快，效率提高，而SBR在一定程度上可以緩解膠料的焦燒問題，提高生產(chǎn)安全性；膠料的Fmax呈增大趨勢，說明交聯(lián)密度增大。

表3 NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠硫化特性（145 °C）的影響

2.2.1.2 物理性能

表4示出了NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響。

表4 NR/SBR/BR并用比（NR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響

從表4可以看出，當(dāng)NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，300%定伸應(yīng)力、拉伸強度和拉斷伸長率呈下降趨勢，DIN磨耗量逐漸減小，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率逐漸增大，原因是SBR的耐熱穩(wěn)定性高于BR。

2.2.2 SBR用量固定

固定SBR用量為50份，通過改變NR/BR的比例，考察NR/SBR/BR并用比對覆蓋膠性能的影響。

2.2.2.1 硫化特性

表5示出了NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠硫化特性的影響。

表5 NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠硫化特性（145 °C）的影響

從表5可以看出：當(dāng)SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的t10基本不變，t90呈縮短趨勢，說明操作安全性變化不大，而硫化速率加快，提高了硫化效率；膠料的FL和Fmax均逐漸減小，說明膠料的交聯(lián)密度有所降低，而加工性能得到改善。

2.2.2.2 物理性能

表6示出了NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響。

從表6可以看出，當(dāng)SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的邵爾A型硬度變化不大，拉伸強度和拉斷伸長率呈下降趨勢，DIN磨耗量逐漸減小，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率增大，這些變化特征與NR和BR的性能相對應(yīng)。

表6 NR/SBR/BR并用比（SBR用量固定）對覆蓋膠物理性能的影響

綜上所述，在NR/SBR/BR并用體系中添加活化膠粉，膠料的物理性能變化趨勢與生膠的特性相對應(yīng)，說明添加45份活化膠粉不會影響膠料的整體物理性能；通過改變SBR用量，可以緩解因活化膠粉加入而引起的焦燒時間縮短問題。

2.3 工藝性能

NR/SBR/BR覆蓋膠中加入活化膠粉，膠料的工藝性能相對較好，膠料混煉時吃粉較快，包輥性優(yōu)異，膠料的分散性和成型性能較好，半成品收縮率較小，硫化時膠料的流動性好，硫化后成品表面光潔、缺陷少。

3 結(jié)論

（1）隨著活化膠粉用量的增大，SBR膠料的300%定伸應(yīng)力增大，拉伸強度降低，拉斷伸長率和磨耗量減小，耐熱老化性能改善。綜合考慮，活化膠粉用量以45份為佳。

（2）活化膠粉用量為45份時，對于NR/SBR/BR輸送帶覆蓋膠，當(dāng)NR用量為50份時，隨著SBR用量的減小和BR用量的增大，膠料的Fmax逐漸增大，t10縮短，硫化速率加快；當(dāng)SBR用量為50份時，隨著NR用量的減小和BR用量的增大，膠料的FL和Fmax逐漸減小，t10變化不大，t90逐漸縮短，硫化效率提高，膠料物理性能變化與生膠特性相對應(yīng)。

（3）合理應(yīng)用活化膠粉可使NR/SBR/BR輸送帶覆蓋膠具有較好的加工工藝性能，有利于減小半成品的收縮率，保證成型穩(wěn)定性，改善膠料的流動性。

（4）應(yīng)用活化膠粉不僅極大地降低了輸送帶覆蓋膠的原材料成本，而且很大程度上降低了環(huán)境污染，且經(jīng)濟效益可觀?；罨z粉的發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。