時潔，章甦，張保生，李玉歧

（中海油天津化工研究設(shè)計院，天津 300131）

冷凍膠粉是指采用冷凍機械粉碎法得到的廢舊橡膠粉末。由于冷凍法粉碎的膠粉純度高、粒度小，沒有常溫膠粉因為在粉碎過程中的受熱及撕扯作用可能造成的對橡膠性能的影響，所以可以應用于汽車部件及涂料等高附加值領(lǐng)域。由于冷凍法粉碎可以得到粒度較小的產(chǎn)品，但粒度越小成本越高，故實際應用中應尋求應用效果與成本的平衡，因而研究冷凍膠粉粒度對橡膠膠料性能的影響具有非常重要的意義。

1 實驗

1.1 原材料

天然橡膠：SCR5，西雙版納中化橡膠有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠：SBB1502E，蘭州石化產(chǎn)品山石化公司產(chǎn)品；冷凍膠粉：本院產(chǎn)品；其他原材料均為市售化學試劑和原料。

1.2 試驗基本配方

生膠100；炭黑36；機械油4；促進劑1.4；氧化鋅5；硬脂酸2；防老劑1；冷凍膠粉20份；硫磺2.5。

1.3 主要試驗設(shè)備

母煉膠在3 L加壓式捏煉機上進行，小配合試驗在XK—160型開煉機上進行。

1.4 性能測試

膠料拉伸強度、斷裂伸長率、300％定伸應力在高鐵AI-3000拉力試驗機上測定，硬度在LX-A橡膠邵爾A硬度計上測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 直接添加冷凍膠粉的試驗

分別將20份60，80，120和140目的冷凍膠粉，不經(jīng)任何處理直接加入到基質(zhì)膠中，加入順序為在小料之后加入。混煉膠經(jīng)硫化后測定拉伸強度、斷裂伸長率、300％定伸應力和硬度指標。測定結(jié)果見表1。

表1 直接添加膠粉粒度對膠料力學性能的影響

其變化規(guī)律如圖1～4所示。

膠粉是一種硫化橡膠，具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在與基質(zhì)膠共混時，由于其與基質(zhì)膠的界面粘合作用力較小，共交聯(lián)水平較低，致使共混體系的物理性能下降[1]。從圖1可以看出，直接添加不同粒度的膠粉，膠料的拉伸強度都有所下降，以添加60目的膠粉下降最為嚴重，下降了將近20％，80目、120目和140目結(jié)果相差不大，相對而言，140目的結(jié)果最好。從圖2斷裂伸長率的結(jié)果看，與拉伸強度一樣，斷裂伸長率也因為添加膠粉而呈下降態(tài)勢，同樣60目的結(jié)果較差，下降了12％左右，80目與120目的結(jié)果基本一致，140目膠粉的結(jié)果明顯好于其他低目數(shù)膠粉的測定結(jié)果。圖3顯示，膠粉對膠料300％定伸應力的影響也比較大，不同的是60目、80目和120目的測定結(jié)果相差不大，而140目膠粉與低目數(shù)膠粉相比有較大的提高。圖4看出，粒度對膠料硬度的影響不大?？偟恼f來，對于不同粒度的膠粉來說，直接添加到橡膠膠料中對膠料的力學性能會產(chǎn)生一定程度的影響，以60目的粗膠粉影響最大，而添加140目膠粉的膠料綜合性能最好。因此，如果不考慮成本因素，直接添加冷凍膠粉到橡膠膠料中，應選擇140目膠粉。這是因為膠粉的粒度越小，在膠料中的分散性越好，同時粒度越小，比表面積越大，表面活性越強，與基質(zhì)膠的結(jié)合性能越好。外觀上則表現(xiàn)為粒度越粗，膠料表面越粗糙，而粒度越細，膠料的表面光潔度越好。

2.2 添加薄通膠粉的試驗

所謂薄通膠粉就是經(jīng)薄通處理后的冷凍膠粉。膠粉在開煉機中進行薄通時，會受到開煉機輥筒間的剪切力作用，發(fā)生斷鍵。分子的斷鍵與化學鍵的鍵能有關(guān)，化學鍵能越低越容易斷鍵，由于C-S，S-S的鍵能小于C-C鍵的鍵能，所以容易發(fā)生斷裂[2]。膠粉的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)因此遭到了破壞，產(chǎn)生了自由基。在空氣中氧的作用下，在膠粉的表面引入了含氧基團，使其表面活性增加，在基質(zhì)膠中的流動性增強，更容易在硫化過程中發(fā)生交聯(lián)反應。表2是不同粒度的膠粉薄通后添加到基質(zhì)膠中，膠料力學性能的測定結(jié)果。

表2 薄通膠粉粒度對膠料力學性能的影響

由圖5～8更清晰地看出各項力學性能隨粒度的變化情況。

從圖5～8可以看出，除硬度外，加入薄通處理后的冷凍膠粉同樣會使膠料的力學性能下降，但變化規(guī)律與直接添加膠粉不同。同直接添加膠粉一樣，60目膠粉拉伸強度下降的最為嚴重，下降了15％左右，而80目膠粉的拉伸性能有了很大的改善，與60目的膠料相比提升了將近3 MPa，與空白膠料相比只降低了4％左右，與直接添加膠粉的膠料相比提高了1 MPa。斷裂伸長率60目膠粉下降也比較明顯，比空白膠料下降了將近7％，但80目膠粉達到了空白膠料的水平，之后反而呈下降的趨勢，140目膠粉下降的比較多，但與直接添加膠粉的水平相當。值得注意的是，薄通膠粉的300％定伸應力與空白膠料相比下降的比較大，而從結(jié)果看粒度對薄通膠粉300％定伸應力的影響不大。

總的說來，除60目膠粉外，粒度對添加薄通膠粉的膠料力學性能的影響沒有直接添加膠粉的明顯，從綜合性能看，80目薄通膠粉更優(yōu)于120目和140目薄通膠粉。分析認為，膠粉薄通處理后，使膠粉的表面產(chǎn)生了活性基團，這種活性基團對交聯(lián)作用的影響超過了粒度的影響。因此，通過薄通這種機械改性方法，可以使80目的膠粉替代140目的膠粉應用于橡膠膠料中，而膠料的力學性能則比140目直接添加膠粉的膠料更接近于空白膠料，但成本可以大大降低。

3 結(jié)論

（1）無論是直接添加20份膠粉和將膠粉薄通處理后再加入到橡膠膠料中，都會使膠料的力學性能下降，以60目膠粉下降的程度最為嚴重，而直接添加膠粉對膠料力學性能的影響比薄通膠粉要大一些；

（2）直接添加膠粉對膠料力學性能影響與膠粉的粒度有關(guān)，以140目膠粉最接近于空白膠料；

（3）膠粉薄通處理后，薄通作用對膠粉表面活性的改善要優(yōu)于膠粉粒度的因素，因此，除60目外，薄通膠粉粒度對膠料力學性能的影響不大。

[1] 李志澄.膠粉的活化與改性[J].橡膠工業(yè)，1 9 9 7，4 4(1 0)：6 1 9-6 2 7.

[2]魯萍，孟彩云，唐小強，等.冷凍一力化學改性膠粉制備WR P/S B R共混硫化膠研究[J].彈性體，2 0 1 0，2 0(1):5 7-6 0.