核-殼結構氧化鋅RA在橡膠履帶花紋側膠中的應用

王克成，王 偉

（1.浙江富銘工業機械有限公司，浙江 臨海 317000；2.南京高立化工科技有限公司，江蘇 南京 210000）

在膠料中作為活性劑使用的氧化鋅只有少部分參與反應，大部分被浪費。另外，鋅雖然是危害性小的重金屬，但是溶解的鋅化合物對水生物具有毒害性，而膠料中含有的氧化鋅在橡膠制品生產、使用及回收過程中可能釋放出鋅化合物而危害環境。因此，減小膠料及橡膠制品中氧化鋅用量具有環保及經濟效應，提高氧化鋅使用效率是橡膠領域重要的研究課題。目前在間接法氧化鋅應用的基礎上，開展了活性氧化鋅、納米氧化鋅等新材料的應用推廣。

氧化鋅RA是超細活性氧化鋅吸附在高活性硫酸鈣內核表面制備而成的核-殼結構橡膠硫化活性劑，具有低含量與高活性的特點，原因是低含量的氧化鋅RA要替代間接法氧化鋅并達到相同的硫化活化效果，必須具有高活性。氧化鋅RA可充分發揮氧化鋅的活化作用和硫酸鈣的熱傳導性，有效激活噻唑類和次磺酰胺類等促進劑，提高硫化反應時鋅離子與促進劑和硬脂酸的結合，起到既延長膠料焦燒時間又縮短硫化時間的硫化活化作用。同時，采用氧化鋅RA可以降低膠料中殘余氧化鋅含量和重金屬含量[1]，有利于提高橡膠制品環保性能，并改善橡膠制品的耐熱老化性能和耐磨性能。氧化鋅RA還具有粒徑小、比表面積大、分散性好等特性。本工作研究氧化鋅RA在橡膠履帶花紋側膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，海南天然橡膠產業集團股份有限公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石化齊魯石油化工股份有限公司產品；炭黑N220、炭黑N330和沉淀法白炭黑，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；間接法氧化鋅（質量分數為0.997），昆山海麗橡塑原料有限公司產品；氧化鋅RA，美國全球化學有限公司產品；微晶蠟，百瑞美特殊化學品（蘇州）有限公司產品；防老進4020、防老劑RD和促進劑NS，中國石化南京化學工業有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 70，SBR 30，炭黑N220/N330 58，白炭黑 8，間接法氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑 4.5，微晶蠟 1.5，硫黃 1.25，促進劑 1.75，其他 16，合計 198。

試驗配方：除用氧化鋅RA等量替代間接法氧化鋅外，其他組分和用量與試驗配方相同。

1.3 主要設備與儀器

布拉本德密煉機，德國海福樂密煉系統集團產品；X（S）-K型開煉機（160 mm×320 mm），上海華雄機械有限公司產品；GK90E型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；MV2-90E型智能型門尼粘度儀，無錫蠡園電子化工設備有限公司產品；C2000E型無轉子橡膠硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產品；XLB-D/Q 450×450/1.00MN型平板硫化機，青島君林機械有限公司產品；TCS-2000型伺服控制拉力試驗機、GT-7011-DG型動態屈撓試驗機、GT-7012-A型阿克隆磨耗試驗機和GT-RH-200N型壓縮生熱試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；401A型熱老化試驗箱，江蘇明珠試驗機械有限公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料的NR塑煉和混煉在布拉本德密煉機中進行。NR塑煉后停放8 h使用，膠料混煉的加料順序為：塑煉NR和SBR→小料、炭黑和芳烴油→硫黃和促進劑。混煉膠在開煉機上下片。

大配合試驗膠料混煉分為兩段，均在GK90E型密煉機中進行。一段混煉的轉子轉速為40 r·min-1，密煉室初始溫度為室溫，混煉工藝為：；二段混煉的轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠（緩慢加入）和。

為減少設備與環境系統差異，保證工藝條件相同，試驗配方膠料與生產配方膠料混煉和成品制備在同一設備上先后銜接進行。

1.5 性能測試

膠料各項性能測試按相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 理化性能

氧化鋅RA的理化性能如表1所示。從表1可以看出，氧化鋅RA的理化性能達到企業標準要求。

表1 氧化鋅RA的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗膠料的物理性能如表2所示。從表2可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的FL和Fmax略有減小，t10略有延長，t90略有縮短；硫化膠的邵爾A型硬度、300%定伸應力、拉伸強度、拉斷永久變形、撕裂強度和耐屈撓性能相當，拉斷伸長率增大，阿克隆磨耗量減小，壓縮疲勞溫升顯著降低，耐熱老化性能有所提高。

表2 小配合試驗膠料的物理性能

2.3 大配合試驗

2.3.1 物理性能

大配合試驗膠料的物理性能如表3所示。從表3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的FL和Fmax略有減小，t10略有延長，t90略有縮短；硫化膠的邵爾A型硬度、300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率、拉斷永久變形、撕裂強度和耐屈撓性能相當，阿克隆磨耗量顯著減小，壓縮疲勞溫升顯著降低，耐熱老化性能有所提高。大配合試驗結果與小配合試驗結果基本相同。

表3 大配合試驗膠料的物理性能

2.3.2 工藝性能

大配合試驗混煉膠的快檢結果如表4所示。從表4可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間略有延長，門尼粘度略有降低。

表4 大配合試驗混煉膠的快檢結果

2.4 成品試驗

采用試驗配方膠料和生產配方膠料各制備4條450×90×51農業橡膠履帶，裝機進行性能對比試驗，結果如表5所示。從表5可以看出，采用試驗配方膠料制備的成品橡膠履帶平均累計行駛時間比采用生產配方膠料制備的成品橡膠履帶延長100 h。

表5 成品橡膠履帶裝機試驗結果

3 結論

在橡膠履帶花紋側膠中用核-殼結構氧化鋅RA等量替代間接法氧化鋅，膠料的焦燒時間略有延長，硫化時間略有縮短；硫化膠的壓縮疲勞溫升顯著降低，耐磨性能顯著提高，耐老化性能改善；成品橡膠履帶的使用壽命延長，同時殘余氧化鋅含量和重金屬含量減小，環保性能提高。

由于氧化鋅RA的價格較低，因此采用氧化鋅RA替代間接法氧化鋅用于橡膠履帶花紋側膠，可以取得較好的經濟效益。