芳香基环保橡胶增塑剂在高性能工业胶板中的应用

于恩强，于 淼，冯 涛，姜云平

（1.中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256601；2.北京橡胶工业研究设计院有限公司，北京 100143)

橡胶板是指以橡胶为主体材料制成的板材，其种类规格异常繁杂，用途极为广泛。橡胶板产销量约占橡胶工业制品产销量的1/2，橡胶板是具有代表性的橡胶制品之一，已涵盖橡胶工业内外诸多领域[1]。橡胶板中最大的一类产品是工业胶板，其用途广泛，涉及到电工电子、石油化工等行业。这类工业胶板的橡胶消耗量已占到橡胶消耗量的2%以上，与输送带、传动带、夹布胶管和编织胶管的橡胶消耗量大体相当。在当前环保压力不断增大、产品同质化严重、市场竞争激烈的大环境下，橡胶制品企业转变机制、提升品质、开发新品、发展特色无疑是企业生存之道[2]。“十三五”是我国橡胶工业由大转强的关键阶段，绿色轮胎产业化持续推进，橡胶再生、橡胶助剂无毒无害化等一系列举措推动企业不断转型升级，绿色环保化的趋势不可阻挡。

中海沥青股份有限公司采用新精制技术进行环保橡胶增塑剂的工业化生产，既保证了环保橡胶增塑剂符合欧盟环保要求，又提高了环保橡胶增塑剂的芳烃含量。本工作主要对该公司研制的两种芳香基环保橡胶增塑剂A0709/A1820B并用体系（模拟机油/DAE并用体系)在工业胶板中的应用性能进行研究。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR)，RSS20烟胶片，马来西亚产品；非环保增塑剂，20#机油和高芳烃油（DAE)，国内市售品；环保橡胶增塑剂A0709和A1820B，中海沥青股份有限公司产品。

1.2 试验配方

试验配方为：NR 100，炭黑N550 40，炭黑N330 30，氧化锌 5，硬脂酸 3，防老剂 1.25，其他 3，增塑剂 变品种、变量（见表1)，硫黄2.5，促进剂 1.8。

表1 不同配方增塑剂用量 份

1.3 主要设备和仪器

XK-160A型开炼机，上海橡胶机械厂产品；1.57 L本伯里密炼机，英国法雷尔公司产品；C2000E型橡胶无转子硫化仪、M200E型橡胶门尼粘度仪、T2000E型材料拉力试验机和Y3000E型压缩生热试验机，北京友深电子仪器有限公司产品；仿Ell5型橡胶冲击弹性试验仪，天津材料试验机厂产品；LP-61型老化箱，重庆慧达试验仪器有限公司产品；RSS-Ⅱ型滚动损失试验仪，北京万汇一方科技发展有限公司产品。

1.4 胶料混炼

一段混炼在开炼机上进行，加料顺序为：生胶→小料→增塑剂→下片；二段混炼在密炼机中进行，密炼室温度为80 ℃，转子转速为80 r·min-1，加料顺序为：一段混炼胶和炭黑（2.5 min)→排胶；三段混炼在开炼机上进行，加料顺序为：二段混炼胶→促进剂和硫黄→薄通2次→下片。

1.5 性能测试

各项性能均按相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 环保橡胶增塑剂的性质

环保橡胶增塑剂及非环保增塑剂的性质如表2所示，CA，CN和CP分别为芳碳率、环烷碳率和链烷碳率。

表2 石油系橡胶增塑剂的性质

由表2可以看出，两种环保橡胶增塑剂均满足环保要求。由于机油性质较为复杂，未做详细试验。与DAE相比，两种环保橡胶增塑剂的密度和CA值小，苯胺点高，说明环保橡胶增塑剂与橡胶的相容性有所降低。相比DAE，目前市售的环保型橡胶增塑剂的CA值普遍较低，这反映出为了消除致癌性芳烃而导致油品中总芳烃含量降低的情况。

2.2 胶料的混炼性能及包辊性

不同增塑剂胶料的混炼性能及包辊性如表3所示。密炼机炼胶过程的电流与炼胶功率呈正比。

从表3可以看出，4个配方胶料的混炼消耗功率相同，混炼胶在结团性、外观和包辊性方面都表现良好。但是，当环保橡胶增塑剂用量达到40份时，排胶温度降低了5 ℃，说明其润滑性明显提高。

表3 胶料的混炼性能及包辊性

2.3 胶料的硫化特性

不同增塑剂胶料的硫化特性如表4所示。

表4 胶料的硫化特性

由表4可以看出，添加不同增塑剂的4个配方胶料中，BG-4胶料的t5最长，但与其他配方胶料相比相差不大，不同增塑剂对胶料的加工安全性影响相当。添加30与35份环保橡胶增塑剂时，胶料的硫化特性接近，无显著差异，与添加30份非环保增塑剂的胶料相比，硫化速率指数（Vc)较高，硫化速率较高。当环保橡胶增塑剂用量达到40份时，胶料的FL和Fmax减小；t10延长，硫化速率指数高于低用量环保增塑剂胶料。总体来看，添加30～35份环保橡胶增塑剂的胶料与添加30份非环保增塑剂的胶料加工安全性能和硫化特性接近，硫化速率略高。

2.4 胶料的门尼粘度和门尼松弛

门尼粘度和应力松弛面积反映了胶料的加工性能。不同增塑剂胶料的门尼粘度和门尼松弛面积如表5所示。

表5 胶料的门尼粘度和门尼松弛面积

由表5可以看出，添加30～35份环保橡胶增塑剂时，胶料的门尼粘度和门尼松弛面积与添加30份非环保增塑剂的胶料相当，可以满足工业胶板生产过程中对胶料加工性能的要求。环保橡胶增塑剂用量达到40份时，胶料的门尼粘度和门尼松尼松弛面积明显减小。

2.5 硫化胶的物理性能

不同增塑剂硫化胶的物理性能如表6所示。

表6 硫化胶的物理性能

由表6可以看出，在相同用量下，非环保增塑剂硫化胶的硬度高于环保橡胶增塑剂硫化胶，而环保橡胶增塑剂硫化胶的硬度受增塑剂用量影响不大。从拉伸强度和拉断伸长率来看，环保橡胶增塑剂硫化胶均高于非环保橡胶增塑剂硫化胶，且随着环保橡胶增塑剂用量的增大，硫化胶的拉断伸长率逐渐增大，而环保橡胶增塑剂用量为35份时的硫化胶的拉伸强度达到最大，增大到40份时，硫化胶的拉伸强度又略有减小。非环保增塑剂硫化胶的100%定伸应力、300%定伸应力和撕裂强度均略高于环保橡胶增塑剂硫化胶；当环保橡胶增塑剂用量为30与35份时，硫化胶的100%定伸应力、300%定伸应力和撕裂强度无显著差异，当用量达到40份时，硫化胶的100%定伸应力和300%定伸应力明显减小，而撕裂强度增大。增塑剂的种类和用量对硫化胶的拉断永久变形和回弹值无显著影响。

2.6 硫化胶的耐老化性能

不同增塑剂硫化胶的耐老化性能见表7。

表7 硫化胶的耐老化性能

由表7可以看出，非环保增塑剂硫化胶的耐老化性能优于环保橡胶增塑剂硫化胶，而随着环保橡胶增塑剂用量增大，硫化胶的耐老化性能下降。

2.7 硫化胶的压缩生热和压缩永久变形

不同增塑剂硫化胶的压缩生热和压缩永久变形如表8所示。

表8 硫化胶的压缩生热和压缩永久变形

由表8可以看出：非环保增塑剂硫化胶的终动压缩率、压缩生热与添加相同用量的环保橡胶增塑剂硫化胶相当，而随着环保橡胶增塑剂用量的增大，硫化胶的终动压缩率增大；环保橡胶增塑剂用量为40份时，硫化胶的压缩生热显著降低；增塑剂的种类和用量对硫化胶压缩生热试验的永久变形和压缩永久变形无显著影响。

3 结论

对于高性能NR工业胶板，相同用量的环保橡胶增塑剂（A0709/A1820B并用体系)胶料与非环保增塑剂（20#机油/DAE并用体系)胶料性能基本接近，且部分性能略优。对于试验配方工业胶板胶料，环保橡胶增塑剂可以等量或适当加量替代非环保增塑剂，可以改善工业胶板的环保性能，而对工业胶板的主要性能不会造成明显影响。