环保型充油胶SBR1763基本性能研究*
2019-02-28刘圣华潘文华庞建勋孙继德
殷 兰,刘圣华,潘文华，庞建勋,孙继德
(1.中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中国石油华北化工销售公司，北京 100009；3.中国石油吉林石化公司 有机合成厂，吉林 吉林 132021)
乳聚丁苯橡胶是全球产量最高、消费量最大的通用合成橡胶品种，广泛应用于斜交轮胎、轿车子午线轮胎和轻型载重子午线轮胎以及其他橡胶制品中。乳聚丁苯橡胶加入填充油后可塑性增强，能大幅度改善丁苯橡胶的加工性能，并使产品具有优异的牵引性能和耐磨耗性、抗湿滑性[1-6]。
欧盟关于在轮胎生产中禁用含过量稠环芳烃的芳烃油及有毒橡胶填充油的指令2005/69/EC于2010年1月1日实施，一些国家和地区限制在橡胶制品中使用稠环芳烃化合物含量较高的高芳烃油及填充该类油的橡胶。目前可满足欧盟指令的除低稠环填充油(TDAE)外，还有中度抽提油、重环烷油、环烷油等类型。填充低稠环芳烃油 SBR1723及填充重环烷油的SBR1763在轮胎行业得到了广泛应用[7-10]。
环保型充油丁苯橡胶SBR1763基础胶结合苯乙烯质量分数为23.5%，100份胶中填充37.5份重环烷油，油品中多环芳香烃质量分数小于3%，8种致癌的芳烃总质量浓度小于10 mg/L，符合欧盟的环保标准，具有加工性能好、生热低、低温屈挠寿命长、易于混炼、能耗降低等优点[11-13]。
近年，吉林石化公司采用重环烷油开发生产了SBR1763，产品经德国BIU检测，可以满足欧盟环保要求。本文重点研究了吉林石化公司SBR1763产品性能，并与申华化学公司生产的优级品进行了对比分析。
1 实验部分
1.1 原料
SBR1763：填充37.5份重环烷油，中国石油吉林石化公司；炭黑、氧化锌、硬脂酸、促进剂、硫磺、防老剂均为市售工业级产品。
1.2 仪器及设备
凝胶渗透色谱：PL-GPC50，英国安捷伦公司；开炼机：XK-160A，上海橡胶机械厂；门尼机：SMV-201，台湾高铁检测仪器有限公司；硫化仪：C2000E，北京市友深电子仪器有限公司；拉力试验机：A1-7000-S，台湾高铁检测仪器有限公司；硬度计：LX-A,上海六菱仪器厂。
1.3 实验方法
橡胶混炼采用GB/T 8656—1998《乳液和溶液聚合型苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)评价方法》规定的A系列实验配方进行，混炼采取全开炼工艺。
1.4 分析测试
合成生胶挥发分含量按照GB/T 8656—1998进行测试；生胶皂和有机酸含量按照GB/T 8657—2000进行测试；结合苯乙烯含量按照GB/T 8658—1998进行测试；生胶和混炼胶门尼黏度按照GB/T 1232—2000进行测试；油含量按照ASTM D 5774进行测试；硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能按照ASTM D 412进行测试；硬度按照ASTM D 2240进行测试；硫化温度为145 ℃，硫化时间为30 min。
2 结果与讨论
2.1 生胶性能
2.1.1 化学分析
生胶的化学分析实验结果见表1。从表1可以看出，吉林石化SBR1763与对比样的结合苯乙烯含量、灰分、挥发分、油含量、有机酸以及皂含量均达到技术标准要求。
表1 生胶化学分析结果
2.1.2 SBR1763的相对分子质量及其分布
橡胶的相对分子量及其分布与橡胶的加工和使用性能密切相关，对橡胶的各项性能来说是一个十分重要的影响因素。本文对比分析了两种SBR1763的相对分子质量及其分布，结果如表2所示。表2表明两种样品生胶相对分子量及其分布基本相当。
表2 SBR1763的相对分子质量及其分布
2.2 混炼胶性能
2.2.1 混炼胶特性及混炼胶门尼黏度
吉林石化SBR1763与对比样品相比，胶料混炼特性基本相当。胶料在开炼过程中均有较好的包辊性，无起兜现象。下片后，胶片平整光滑，有较好的光泽度。
混炼胶的门尼黏度测试结果列于表3。从表3可以看出，两种SBR1763混炼胶的门尼黏度适中，能够满足轮胎生产对混炼胶门尼黏度的要求。
表3 混炼胶门尼黏度
2.2.2 硫化特性及门尼焦烧
混炼胶的硫化特性及门尼焦烧实验结果见表4和图1。
硫化仪表征的指标中，ML表示最低转矩，ML低表明胶料在硫化诱导期有较好的流动性能；MH表示最高转矩，MH高表明硫化胶具有更高的交联密度，有利于提高硫化胶的定伸应力。t10表示硫化诱导时间，t90为正硫化时间，用来确定产品硫化时间。焦烧时间ts1和ts2分别表示从实验开始到曲线由最低转矩上升0.1 N·m和0.2 N·m所对应的时间。
从表4可以看出，吉林石化SBR1763的ML和MH略高于申华SBR1763，且ts1长，具有较好的加工安全性，t90短，硫化特性较好。
表4 SBR1763混炼胶的硫化特性及门尼焦烧
时间/s图1 SBR1763混炼胶硫化曲线
2.3 硫化胶的物理机械性能
硫化胶的拉伸性能和撕裂强度见表5。
由表5可知，两种SBR1763硫化胶的扯断伸长率、拉伸强度和300%定伸应力均达到技术标准要求。吉林石化SBR1763样品的300%定伸应力略高于对比样。在欠硫化条件下，申华SBR1763的扯断永久变形比吉林石化SBR1763大，而300%定伸应力低。其原因是在欠硫时，申华SBR1763的交联程度低，从而造成了这种性能差异。由表5可知，两种SBR1763硫化胶有较好的撕裂强度。
表5 SBR1763硫化胶的物理机械性能
3 结 论
(1) 吉林石化SBR1763生胶性能与对比样基本相当，均可达到技术考核指标。
(2) 吉林石化SBR1763混炼胶的混炼特性与申华SBR1763基本相当，ML和MH略高于申华SBR1763。吉林石化SBR1763的ts1长，具有较好的加工安全性,t90短，硫化特性较好。
(3) 吉林石化SBR1763硫化胶性能与对比样基本接近，300%定伸应力略高于对比样。
