process improver for sbr-br-silica compounds.doc

丁苯-順丁-白炭黑體系的工藝性能改進Alberto Ramperti（原著） 孫武(譯）Rubber Service,Argentina 中國橡膠工業(yè)協(xié)會材料研究檢測中心橡膠功能助劑DA 201因為結構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結合能力。由于結構上的特點，添加DA201能夠使其他粉料更好的分散，更快速的融入橡膠，更快的與橡膠結合。DA201在丁苯-順丁-白炭黑體系中的作用結果已經(jīng)被檢測出來，結果如下：顯著的提升小料的分散性能；提升小料分散的均勻性；通過測試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械性能等；降低硫化時間；因為相容性好，所以提高了膠料的性能；可以提升極性橡膠和非極性橡膠之間的相容性。混煉膠的性能為了本文的研究方便，表1列出了本次試驗的配方?；鞜捠褂镁C合性能較好的GUIX 2升試驗使用密煉機，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備、時間和條件上進行循環(huán)生產(chǎn)。按照操作規(guī)程，在開煉機上按照一定的時間和溫度、加促進劑。分散質量在A.Y. Coran的標題為“炭黑的分散性能，第三部分”文章中提到的評價分散性能的兩個標準，本文按照這兩個標準進行分散性能評價。使用不同振幅和頻率下的G來表征分散。一方面，coran解釋說，在不同的振幅、應變、分散等級下，較低的G意味著較好的分散率。從表1中可看出當分散等級升高，分散就更好，與此同時彈性模量G就越低。從圖2中同樣可看出，當DA201用量增加時的趨勢是相同的。試驗條件是頻率為20圈/分鐘，應變范圍為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、不同的振幅和震蕩頻率下的RPA2000試驗結果。試驗結果表明，分散等級越高，G越小。（圖4）試驗溫度為80，試驗結果見圖4-6。圖4為coran所做試驗，圖5和圖6為本試驗所做。對比上述圖中曲線，我們可以看出，在RPA2000試驗中，添加橡膠助劑DA201對膠料的分散性能有明顯的提升，這會對最終膠料性能的提升有幫助。當DA201的用量增加時，需要注意G的降低，同樣也需要注意tan的增加。當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。這會導致，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，這對我們理解添加DA201對工藝性能的影響有幫助。動態(tài)粘度粘度的定義：=剪切應力/剪切速率=G/=G/2頻率RPA2000允許我們從兩個方面定義：= G/和*=G*/代表純粘性，*代表由復數(shù)模量產(chǎn)生的復數(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系。正如圖示，在DA201為2.5份時，在所有的頻率中，粘度基本不變，為未加時的95%。當DA201為5.0和7.5份時粘度為未加DA201時的85%和75%。在丁苯白炭黑體系中添加DA201可以通過降低粘度、增加塑性來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。我們先假設在密煉機中粘度會降低，同時能耗也會減少。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構的改變。在整個丁苯白炭黑機械混煉工藝中，添加DA201可以降低粘度、提高分散等級和降低混煉功耗。圖10中指出振幅的變化對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。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DA201的量增加時，G將會降低，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*也會隨之降低，因此聚合物的復數(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，當添加量到達5.0份時，復數(shù)粘度有一個明顯的降低。從上述的試驗得知，添加DA201可以降低機械混煉的功耗。對硫化的影響TPA2000試驗在MDR2000流變儀上進行，設定頻率在100cpm，震蕩角度設定在0.5，溫度為180，以便于最后得出的曲線平坦準確。從表2中可以看出，除了T90數(shù)據(jù)是DA201為5份時最低，其余數(shù)據(jù)規(guī)律都較為穩(wěn)定，都是當DA201的份數(shù)增加時數(shù)據(jù)增加。圖13同樣為這個規(guī)律。DA201在混煉的第一部分當做分散劑添加。在密煉機內(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，最后的直接結果就是硫化速度的加快。當DA201添加5份時硫化速度可以提高12%。DA201中分散因子的作用原理是作用于粉料的表面，通過減少粉料表面電子，從而達到提高分散度的作用。對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間降低就說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備中制樣，然后再RPA2000中進行試驗，試驗溫度降低到60，對試驗進行頻率剪切進而判斷DA201對硫化膠樣性能的影響。從圖15中G和頻率曲線中可看出，當DA201的含量增加時G隨之減小。本試驗都是在較小的應變下進行，通常在100%的應變下獲取較小的模量。Coran發(fā)現(xiàn)，當100%應變下的模量減小時，膠料的分散等級是增加的，而分散等級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有關，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。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。頻率剪切同樣可以看出tan的趨勢，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，當頻率到達2000cpm時，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，進而會影響G。所以硫化膠有較小的滯后損失及生熱。上述說明，DA201可以提高較高的分散等級，同時可以提高丁苯橡膠的動態(tài)力學性能。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說明添加DA201在所有的溫度都會提升硫化膠tan的性能。這說明，添加DA201可以提升膠料的動態(tài)力學性能，使其性能接近理想的彈性體聚合物。60，20cpm下的振幅剪