混煉工藝對丁腈橡膠性能穩(wěn)定性的影響

高 健，姜文英，梁文偉，宋建平

（洛陽雙瑞特種裝備有限公司，河南 洛陽 471000）

混煉是通過捏合設(shè)備將配合劑加入生膠制備混煉膠的過程。在混煉過程中，通過不同配合劑的添加和混煉工藝賦予膠料不同的功能和加工性能，混煉效果直接影響制品的品質(zhì)，是橡膠生產(chǎn)過程中的重要工序[1]。

丁腈橡膠（NBR）因具有較大的阻尼系數(shù)，常用于制備減振制品。但NBR分子結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)極性，混煉過程生熱快，容易引起膠料的焦燒，配合劑在膠料中不易分散，造成批次間膠料性能不穩(wěn)定、制品外觀缺陷等問題[2]。因此，研究NBR的混煉工藝對生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)價值。本工作以NBR為基體，研究促進(jìn)劑添加順序等混煉工藝對NBR性能的影響，以期提高混煉膠及制品的性能穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NBR，中國石油蘭州石化公司產(chǎn)品；炭黑、硬脂酸、氧化鋅、防老劑、硫黃和促進(jìn)劑，市售品。

1.2 試樣制備

1#工藝：NBR在X（S）M-50型密煉機(jī)（大連第二橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品）中塑煉→加炭黑和小料，混煉均勻→加硫黃和促進(jìn)劑→排膠→在X（S）K-400型開煉機(jī)（大連第二橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品）上下片→停放8 h。

2#工藝：NBR在密煉機(jī)中塑煉→加炭黑和小料，混煉均勻→排膠→在開煉機(jī)上加硫黃和促進(jìn)劑→下片→停放8 h。

3#工藝一段：NBR在密煉機(jī)中塑煉→加炭黑和小料，混煉均勻→排膠→在開煉機(jī)上下片→停放4 h；二段：在密煉機(jī)中加一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑→捏合→排膠→在開煉機(jī)上下片→停放4 h。

采用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化，硫化條件為150℃×30 min。

1.3 性能測試

（1）硫化特性。采用高鐵檢測儀器（東莞）有限公司生產(chǎn)的GT-M2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀進(jìn)行測試，溫度為140 ℃。

（2）力學(xué)性能。采用高鐵檢測儀器（東莞）有限公司生產(chǎn)的AI3000型伺服控制拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

不同混煉工藝膠料的硫化特性見表1。

表1 不同混煉工藝膠料的硫化特性

從表1可以看出，不同混煉工藝膠料的硫化特性差異較大，2#工藝膠料的t10最長，3#工藝膠料次之，1#工藝膠料最短，即2#工藝膠料具有更長的安全加工時間，利于膠料填裝、排氣工藝，且不易引起焦燒。

此外，2#工藝膠料平行測試數(shù)據(jù)最集中，3#工藝膠料次之，1#工藝膠料平行測試數(shù)據(jù)離散性最大。1#工藝膠料t10的離散性最大，膠料性能極不穩(wěn)定，從而引起制品批次間的差別，不利于產(chǎn)品品質(zhì)的把控。從膠料的可塑性來看，1#工藝膠料的FL最大，2#工藝膠料次之，3#工藝膠料最小，即1#工藝膠料的流動性最差，不利于膠料模壓，焦燒的可能性最大。

綜上分析，造成不同工藝硫化特性差別較大的主要原因?yàn)椋毫螯S在NBR中分散差，在混煉初期就已加入；1#工藝在混煉結(jié)束前加入促進(jìn)劑，此時膠料的溫度較高，特別是在捏合齒附近的膠料溫度更高，膠料局部容易發(fā)生預(yù)交聯(lián)反應(yīng)，阻礙硫黃和促進(jìn)劑的分散，導(dǎo)致硫化特性不穩(wěn)定[3]；此外，局部的交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致膠料的流動性差，膠料的FL偏大；2#工藝經(jīng)過開煉機(jī)降溫，加入促進(jìn)劑時膠料溫度較低；3#工藝則是膠片停放后，加入促進(jìn)劑時膠料溫度接近室溫。2#和3#工藝均可降低膠料發(fā)生預(yù)交聯(lián)反應(yīng)的可能，因此，配合劑分散更加均勻，硫化特性更穩(wěn)定，數(shù)據(jù)離散性小，膠料的性能穩(wěn)定[4]。

2.2 力學(xué)性能

不同混煉工藝膠料的力學(xué)性能如表2所示。

從表2可以看出：膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率呈相同變化規(guī)律；2#工藝膠料與3#工藝膠料力學(xué)性能相當(dāng)，均優(yōu)于1#工藝膠料；2#和3#工藝膠料的力學(xué)性能穩(wěn)定性也優(yōu)于1#工藝膠料。

表2 不同混煉工藝膠料的力學(xué)性能

綜上分析，混煉過程在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持一致的前提下，主要靠混煉溫度和時間把控，1#工藝在高溫下加入促進(jìn)劑，雖然排膠溫度和時間與2#和3#工藝一致，但促進(jìn)劑添加時的膠料溫度差異較大。在1#工藝下，膠料易出現(xiàn)焦燒，加劇硫黃分散的不均勻性，造成局部應(yīng)力集中。

本試驗(yàn)還對不同車次膠料力學(xué)性能的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，結(jié)果如表3所示。

表3 不同車次膠料的力學(xué)性能

從表3可以看出：在1#工藝下，不同車次膠料的拉伸強(qiáng)度在15 MPa左右波動，且數(shù)據(jù)離散性最大；2#和3#工藝膠料的拉伸強(qiáng)度在16 MPa左右波動，波動明顯小于1#工藝膠料；拉斷伸長率的變化規(guī)律與拉伸強(qiáng)度變化規(guī)律一致。

2.3 返煉后力學(xué)性能

為保證膠料的可塑性，停放后的膠料在使用前需進(jìn)行返煉。返煉后膠料的力學(xué)性能如表4所示。

從表4可以看出：返煉后膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率均增大，2#工藝膠料的拉伸強(qiáng)度增幅最大，3#工藝膠料次之，1#工藝膠料最??；返煉后3種工藝膠料的拉斷伸長率相差不大。

表4 返煉后膠料的力學(xué)性能

膠料停放可以促進(jìn)生成結(jié)合膠，提高強(qiáng)度，但膠料流動性降低。返煉過程是混煉膠再分散的過程，配合劑隨著橡膠大分子鏈運(yùn)動，分散更加均勻；返煉會破壞部分凝膠，使膠料變軟，塑性增大，流動性變好，制品也更均勻[5]。

2.4 成品外觀

采用3種工藝的膠料制備橡膠支座產(chǎn)品，其外觀如圖1所示。

從圖1可以看出：1#工藝產(chǎn)品外觀有缺陷，如麻點(diǎn)、缺膠、色差和水流痕等問題；2#和3#工藝產(chǎn)品外觀正常，表面光滑、平整、有輕微色差。分析認(rèn)為，制品出現(xiàn)麻點(diǎn)、缺膠和水流痕與膠料的加工性能有直接關(guān)系。橡膠支座是厚橡膠產(chǎn)品，硫化前排氣是不可缺少的一項工序，在1#工藝下，膠料的門尼粘度大、起硫時間短，最外層膠料升溫快導(dǎo)致局部易硫化，排氣加壓時膠料不流動或流動性差造成制品出現(xiàn)麻點(diǎn)、缺膠、色差和水流痕，嚴(yán)重時造成飛邊炸裂等現(xiàn)象。在2#和3#工藝下，膠料流動性好，制品外觀正常。

影響產(chǎn)品外觀主要的因素在于硫化時間和膠料的可塑性，兩者缺一不可；使用前的返煉，雖能在一定程度上改善膠料的加工性能和力學(xué)性能，但不能完全解決初次混煉不均的問題，此外也會帶來膠料過度加工和局部焦燒的可能。

3 結(jié)論

（1）混煉工藝對NBR膠料和制品的性能影響較大，2#工藝的可控性較好，膠料性能也更穩(wěn)定。

（2）返煉可以適當(dāng)改善NBR膠料的加工性能和力學(xué)性能，但不能完全解決混煉不均的問題。