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丁苯-順丁-白炭黑體系的工藝性能改進(jìn)Alberto Ramperti（原著） 孫武(譯）Rubber Service,Argentina 中國(guó)橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)材料研究檢測(cè)中心橡膠功能助劑DA 201因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中含有羰基和羥基能夠提高相容性從而改善工藝性能。在白炭黑-丁苯膠體系中能夠提升分散能力和化學(xué)結(jié)合能力。由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，添加DA201能夠使其他粉料更好的分散，更快速的融入橡膠，更快的與橡膠結(jié)合。DA201在丁苯-順丁-白炭黑體系中的作用結(jié)果已經(jīng)被檢測(cè)出來(lái)，結(jié)果如下：顯著的提升小料的分散性能；提升小料分散的均勻性；通過(guò)測(cè)試tan,發(fā)現(xiàn)DA201可以提高混煉膠的工藝性能；降低混煉膠門尼粘度；縮減混煉時(shí)間；在相同的頻率、振幅、溫度下，顯著的降低硫化膠的tan值。DA201對(duì)解決下述的工藝性能有很大的幫助：提升其他助劑（特別是粉類）的分散性；降低混煉能耗；提升橡膠的工藝性能顯著的提升炭黑的分散性能，以及硫化膠的物理機(jī)械性能等；降低硫化時(shí)間；因?yàn)橄嗳菪院茫蕴岣吡四z料的性能；可以提升極性橡膠和非極性橡膠之間的相容性?；鞜捘z的性能為了本文的研究方便，表1列出了本次試驗(yàn)的配方?；鞜捠褂镁C合性能較好的GUIX 2升試驗(yàn)使用密煉機(jī)，具體混煉方法如下：1） 加入丁苯膠、順丁膠；2） 加入一半炭黑+白炭黑+DA2013） 環(huán)烷油4） 剩余炭黑+其他小料所有的混煉工作都是在一定設(shè)備、時(shí)間和條件上進(jìn)行循環(huán)生產(chǎn)。按照操作規(guī)程，在開煉機(jī)上按照一定的時(shí)間和溫度、加促進(jìn)劑。分散質(zhì)量在A.Y. Coran的標(biāo)題為“炭黑的分散性能，第三部分”文章中提到的評(píng)價(jià)分散性能的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，本文按照這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分散性能評(píng)價(jià)。使用不同振幅和頻率下的G來(lái)表征分散。一方面，coran解釋說(shuō)，在不同的振幅、應(yīng)變、分散等級(jí)下，較低的G意味著較好的分散率。從表1中可看出當(dāng)分散等級(jí)升高，分散就更好，與此同時(shí)彈性模量G就越低。從圖2中同樣可看出，當(dāng)DA201用量增加時(shí)的趨勢(shì)是相同的。試驗(yàn)條件是頻率為20圈/分鐘，應(yīng)變范圍為0.02到0.5。在圖3中，G為同樣在較小變形下的分散性。另一方面，coran分析在不同的分散等級(jí)、不同的振幅和震蕩頻率下的RPA2000試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，分散等級(jí)越高，G越小。（圖4）試驗(yàn)溫度為80，試驗(yàn)結(jié)果見圖4-6。圖4為coran所做試驗(yàn)，圖5和圖6為本試驗(yàn)所做。對(duì)比上述圖中曲線，我們可以看出，在RPA2000試驗(yàn)中，添加橡膠助劑DA201對(duì)膠料的分散性能有明顯的提升，這會(huì)對(duì)最終膠料性能的提升有幫助。當(dāng)DA201的用量增加時(shí)，需要注意G的降低，同樣也需要注意tan的增加。當(dāng)tan增加，G降低，與此相連的是G的降低，而G降低則意味著聚合物表現(xiàn)更多的塑性。這會(huì)導(dǎo)致，例如：擠出膨脹性能、注塑或沖模等性能明顯變好，從而降低廢品率。圖8表示，振幅頻率和膠料工藝性能之間的聯(lián)系，這對(duì)我們理解添加DA201對(duì)工藝性能的影響有幫助。動(dòng)態(tài)粘度粘度的定義：=剪切應(yīng)力/剪切速率=G/=G/2頻率RPA2000允許我們從兩個(gè)方面定義：= G/和*=G*/代表純粘性，*代表由復(fù)數(shù)模量產(chǎn)生的復(fù)數(shù)粘度。在80和相同的剪切頻率下，除去工藝性能的影響，*代的大小受DA201用量的影響，并且圖9中表示粘度與用量之間的關(guān)系。正如圖示，在DA201為2.5份時(shí)，在所有的頻率中，粘度基本不變，為未加時(shí)的95%。當(dāng)DA201為5.0和7.5份時(shí)粘度為未加DA201時(shí)的85%和75%。在丁苯白炭黑體系中添加DA201可以通過(guò)降低粘度、增加塑性來(lái)更好的分散填料和提高膠料的工藝性能。前文已經(jīng)提到，DA201與前一半炭黑一起加入。我們先假設(shè)在密煉機(jī)中粘度會(huì)降低，同時(shí)能耗也會(huì)減少。同樣，在所有的工藝中，如果能少粘度就意味著聚合物物理結(jié)構(gòu)的改變。在整個(gè)丁苯白炭黑機(jī)械混煉工藝中，添加DA201可以降低粘度、提高分散等級(jí)和降低混煉功耗。圖10中指出振幅的變化對(duì)G的影響（振幅的變化從0.2到21）。在振幅的影響下，G的變化與分散性有關(guān)。G為同一聚合物在不同的振幅下的G的差值。正如我們所見，當(dāng)DA201的量增加時(shí)，G將會(huì)降低，曲線的斜率較小。與圖10相同，圖11為在相同情況下G的變化。在G和G雙雙降低的情況下，將暗示G*也會(huì)隨之降低，因此聚合物的復(fù)數(shù)粘度也可能降低。由圖12，在一定的剪切速率和一定的振幅下，當(dāng)添加量到達(dá)5.0份時(shí)，復(fù)數(shù)粘度有一個(gè)明顯的降低。從上述的試驗(yàn)得知，添加DA201可以降低機(jī)械混煉的功耗。對(duì)硫化的影響TPA2000試驗(yàn)在MDR2000流變儀上進(jìn)行，設(shè)定頻率在100cpm，震蕩角度設(shè)定在0.5，溫度為180，以便于最后得出的曲線平坦準(zhǔn)確。從表2中可以看出，除了T90數(shù)據(jù)是DA201為5份時(shí)最低，其余數(shù)據(jù)規(guī)律都較為穩(wěn)定，都是當(dāng)DA201的份數(shù)增加時(shí)數(shù)據(jù)增加。圖13同樣為這個(gè)規(guī)律。DA201在混煉的第一部分當(dāng)做分散劑添加。在密煉機(jī)內(nèi)DA201可以幫助氧化鋅的分散，另外還可以幫助硫黃和其他的硫化助劑分散，最后的直接結(jié)果就是硫化速度的加快。當(dāng)DA201添加5份時(shí)硫化速度可以提高12%。DA201中分散因子的作用原理是作用于粉料的表面，通過(guò)減少粉料表面電子，從而達(dá)到提高分散度的作用。對(duì)橡膠中其它小料的作用原理相同。然后分散因子溶于橡膠中，并不是簡(jiǎn)單的物理分散到橡膠中，而是能夠降低膠料的粘度，提升膠料的硫化速度。如果分散因子加入到橡膠后硫化時(shí)間降低就說(shuō)明分散因子與橡膠的相容性好。令人驚奇的是TS2和T50略有升高，說(shuō)明焦燒安全性提高（圖14）。硫化膠性能硫化膠樣需先在特定的設(shè)備中制樣，然后再RPA2000中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度降低到60，對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行頻率剪切進(jìn)而判斷DA201對(duì)硫化膠樣性能的影響。從圖15中G和頻率曲線中可看出，當(dāng)DA201的含量增加時(shí)G隨之減小。本試驗(yàn)都是在較小的應(yīng)變下進(jìn)行，通常在100%的應(yīng)變下獲取較小的模量。Coran發(fā)現(xiàn)，當(dāng)100%應(yīng)變下的模量減小時(shí)，膠料的分散等級(jí)是增加的，而分散等級(jí)的增加的多少則與添加填料的種類和未加分散劑之前的分散等級(jí)有關(guān)，如圖16。所以我們可以肯定，添加DA201可以增加膠料的分散等級(jí)。圖17為G與頻率曲線，如圖所示，隨著DA201添加量的增加，G呈逐漸減小的趨勢(shì)。頻率剪切同樣可以看出tan的趨勢(shì)，從圖18中可看出，在所有的頻率下，tan都隨著DA201添加量的增加呈減小的趨勢(shì)，當(dāng)頻率到達(dá)2000cpm時(shí)，所有添加量的tan量逐漸接近。非常重要的是，由于較低的tan，較小的G，進(jìn)而會(huì)影響G。所以硫化膠有較小的滯后損失及生熱。上述說(shuō)明，DA201可以提高較高的分散等級(jí)，同時(shí)可以提高丁苯橡膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。溫度剪切圖19為從50到120的溫度剪切曲線，頻率為100cpm，震蕩角度為0.1。與頻率剪切圖類似，圖19說(shuō)明添加DA201在所有的溫度都會(huì)提升硫化膠tan的性能。這說(shuō)明，添加DA201可以提升膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，使其性能接近理想的彈性體聚合物。60，20cpm下的振幅剪