共混橡胶门尼粘度均一化对橡胶共混物性能的影响

范玉超，陈小霞，吕康辉，孙学杰，陈雪梅，王 锋

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265400）

近年来，橡胶行业中多种橡胶共混应用越来越普遍。橡胶共混物除了使用不同类型的橡胶外，还要添加填充剂、补强剂、增塑剂和硫化剂等，并通过混炼和硫化等工艺过程，制成非常复杂的共混体系。关于橡胶共混物的相容性、形态结构、配合剂在共混物中的分布以及共混物的交联等均有不少研究报道[1-2]。

橡胶间的相容性受到溶解度参数和极性等的影响。一般认为两种橡胶的溶解度参数相近、极性相近则相容性好。对于非极性橡胶如天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）和顺丁橡胶（BR），它们之间的相容性的主要影响因素为溶解度参数[3]。但在实际应用中，存在溶解度参数相近的不同橡胶间的相容性并不好的现象，尤其是添加的配合剂在不同橡胶中间分散并不一致[4]，而橡胶的门尼粘度通常被认为是引发这种现象的关键因素。研究表明：SBR和BR的门尼粘度相近时，炭黑等物料在共混体系中均匀分布；SBR和BR的门尼粘度相差较大时，炭黑等物料更多地分布在门尼粘度较高的橡胶相中。

本工作主要研究共混橡胶门尼粘度均一化对橡胶共混物性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，STR20，门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]为85，泰国诗董橡胶股份有限公司产品；溶聚丁苯橡胶（SSBR），SSBR（A）的门尼粘度[ML（1＋4）100℃]为75，SSBR（B）（充油）的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]为70，日本东工KOSEN株式会社产品；BR，门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]为50，阿朗新科公司产品；高分散性白炭黑，福建省三明正元化工有限公司产品；硅烷偶联剂Si-75，江西宏柏新材料股份有限公司产品。

1.2 配方

试验配方（用量/份）为：NR 20，SSBR（A）35，SSBR（B） 35，BR 20，高分散性白炭黑60，硅烷偶联剂Si-75 5，其他 50。

1.3 主要设备和仪器

GKl.5N型密炼机，德国克虏伯公司产品；Ф160 mm×320 mm开炼机，烟台橡胶机械厂产品；P-200-2PCD型平板硫化机，中国台湾磐石油压工业股份有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪、MDR2000型无转子硫化仪和RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；EPLEXOR500N型动态粘弹谱分析仪，德国GABO公司产品；DKD-K-1680l型硬度计，德国Bareiss公司产品；CMT-4503型电子拉力机，深圳新三思材料检测有限公司产品；5109型弹性试验仪，德国Zwick公司产品。

1.4 试样制备

混炼方案1：BR不进行塑炼，NR和SSBR分别采用开炼机过辊的方式进行塑炼，以降低生胶门尼粘度的差异，使共混橡胶的门尼粘度均一化。其中，NR过辊15遍，门尼粘度[ML（1＋4）100℃]由85降至65；SSBR（A）过辊30遍，门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]由75降至65；SSBR（B）过辊15遍，门尼粘度由70降至66。生胶塑炼后，采用密炼机按照常规混炼工艺进行胶料混炼，并在开炼机上加硫黄、下片。

混炼方案2（空白对比）：不对生胶进行任何处理，直接使用密炼机按照常规混炼工艺进行胶料混炼，再在开炼机上加硫黄、下片。

胶料停放8 h后在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为151 ℃×60 min。

1.5 性能测试

（1）加工性能。门尼粘度按照GB/T 1232.1—2000《未硫化橡胶 用圆盘剪切粘度计进行测定 第1部分：门尼粘度的测定》测试，门尼焦烧按照GB/T 1233—2008《未硫化橡胶 初期硫化特性的测定用圆盘剪切粘度计进行测定》测试，硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡胶 用无转子硫化仪测定硫化特性》测试。

（2）Payne效应。应变扫描试验条件为：温度100 ℃，频率 0.83 Hz，应变 1%～500%。

（3）动态力学性能。试验条件为：频率 10 Hz，应变 0.2%，升温速率 2 ℃·min-1，温度范围 －60～80 ℃。

（4）物理性能。邵尔A型硬度按照GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》测试，定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》测试，撕裂强度按照GB/T 529—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》测试。

2 结果与讨论

2.1 门尼粘度和硫化特性

方案1和方案2胶料的门尼粘度和硫化特性如表1所示。由表1可知：与方案2胶料相比，方案1胶料的门尼粘度和FL均降低8.6%，表明方案1胶料的加工性能更好；门尼焦烧时间和t90变化不大，表明生胶的门尼粘度变化对共混物的硫化特性基本没有影响。

表1 方案1和方案2胶料的门尼粘度和硫化特性

2.2 Payne效应

方案1和方案2胶料的储能模量（G′）-应变曲线如图1所示。

图1 方案1和方案2胶料的G′-应变曲线

从图1可以看出：随着应变的增大，方案1和方案2胶料的G′迅速下降，此为Payne效应所致；试验最小应变下的G′与最大应变下的G′的差值（ΔG′）越小，Payne效应越弱，炭黑等填料在胶料中分散性越好，方案1胶料的ΔG′明显小于方案2胶料，说明方案1胶料的Payne效应减弱，填料的分散性显著提高，所形成的填料网络减少，胶料的加工性能改善。

2.3 动态力学性能

动态力学性能可以表征共混物中各种橡胶的相容性。方案1和方案2硫化胶的损耗因子（tanδ）-温度曲线如图2所示。

图2 方案1和方案2硫化胶的tan δ-温度曲线

从图2可以看出，两种方案硫化胶的tanδ-温度曲线大致相同，但方案1硫化胶的tanδ峰峰值明显大于方案2硫化胶，说明方案1的共混物中橡胶相的相容性更好，即在不改变配方体系的前提下，通过对配方体系中各橡胶分别进行塑炼，降低橡胶间的门尼粘度差异，可使橡胶相的相容性有一定提升。

2.4 物理性能

方案1和方案2硫化胶的物理性能见表2。

表2 方案1和方案2硫化胶的物理性能

由表2可知：与方案2硫化胶相比，方案1硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率分别提升了7.2%和5.2%，说明方案1通过减小不同橡胶间门尼粘度的差异提高了橡胶间的相容性，可以获得更稳定的共混物，同时共混物中各橡胶相的门尼粘度相近，可以平衡炭黑在各橡胶相中的分布，有利于共混物拉伸性能的提升；方案1和方案2硫化胶的其余各项物理性能相差不大。

3 结论

在不改变配方的前提下，通过对橡胶分别进行塑炼，降低各橡胶的门尼粘度差异，可以提高共混物中橡胶相的相容性，从而提升共混物的综合性能，即：胶料的门尼粘度降低，加工性能提高；胶料的Payne效应减弱，填料的分散性显著改善；硫化胶的tanδ峰峰值增大，说明共混物中橡胶相的相容性提升；硫化胶的拉伸性能显著提升。