硬脂酸鋅對硫磺硫化丁腈橡膠性能影響

曾宇棠

(廣州天河膠管制品有限公司，廣東 廣州 510520)

在橡膠加工過程中，須用到隔離劑以防止未硫化橡膠的互相粘連，保證后工序順利進行。隔離劑的理想作用為常溫下起隔離防粘作用，而對硫化后制品的性能、外觀無不利影響。硬脂酸鋅溶解度參數為18[(MPa)1/2][1]，與常用橡膠溶解度參數相近，與橡膠具有良好相容性。其次，硬脂酸鋅熔點約120 ℃[2]，遠低于一般硫化溫度，故在硫化過程中，硬脂酸鋅可熔化而被膠料吸收。相容性及熔點特征使硬脂酸鋅作為隔離劑廣泛使用。

硬脂酸鋅在膠管制造過程中的應用有：混煉膠隔離、中膠片隔離、膠管擠出內襯層或外覆層半成品隔離。用作中膠片隔離劑時，對厚度為≤1 mm的膠片，硬脂酸鋅吸附量較大，且考慮到硫化過程中，盡管硬脂酸鋅熔融吸收，但存在厚度方向上的濃度梯度，對膠料性能影響或不能忽視。本文嘗試評價硬脂酸鋅用量對硫磺硫化丁腈橡膠性能影響并提出建議。

1 實 驗

1.1 實驗材料

丁腈橡膠6260，韓國LG化學；N660炭黑，卡博特化工有限公司；其他配合劑為市售產品。

1.2 主要設備儀器

MV-C3門尼粘度儀，MR-C2無轉子硫化儀，北京瑞達宇辰儀器有限公司；SK-160實驗室用小型開煉機，沈陽第二橡膠機械廠；XL-50A拉力試驗機，廣州試驗儀器廠。

1.3 試樣制備方法

開煉機上將橡膠薄通后包輥→加入硫化劑外的其他助劑→混煉→加入炭黑→混煉→加入硫化劑→薄通10次→出片→停放24 h→硫化→硫化后試樣停放16 h→測試

1.4 測試方法

各項測試按最新國家標準測試，其中鋼絲粘合性能測試參考GB/T 16586方法B[3]進行測試，使用Ф0.3 mm鍍銅鋅鋼絲，鋼絲埋入深度15 mm，用每根鋼絲抽出力(單位N/根)以及鋼絲抽出后“表面附膠百分比”來表示試驗結果。

2 結果及討論

不同硬脂酸鋅用量的丁腈橡膠硫磺硫化膠的配方設計如下(配方數據單位均為質量份)：

配方中硬脂酸鋅用量分別為0，1，2，4，8，16，配方的其他組分一致，含有：丁腈橡膠100，氧化鋅5，硬脂酸 1，防老劑RD 1，硫磺2，炭黑N660 60，其他88。

2.1 硬脂酸鋅用量對硫化特性影響

表1 150 ℃×60 min硫化特性參數

由表1可知，隨著硬脂酸鋅用量增加，最低扭矩ML下降，最高扭矩MH與最低扭矩ML差值下降。分析硬脂酸鋅在150 ℃條件下起增塑作用使ML值下降，加上對交聯密度的負面作用，故表現出較低的(MH-ML)值。隨硬脂酸鋅用量增加，焦燒時間TS1逐漸延長。同時受硫化速率、硫化程度影響，正硫化時間T90未呈現特定規律。

2.2 硬脂酸鋅用量對門尼焦燒性能影響

表2 125 ℃門尼焦燒性能

由表2可知，隨硬脂酸鋅用量增加，最小門尼粘度ML降低，門尼焦燒時間T5的延長。因此，在125 ℃條件下，硬脂酸鋅起增塑作用，同時對早期硫化起抑制作用，與2.1硫化特性參數分析結果相符。

2.3 硬脂酸鋅用量對物理機械性能、耐液體性能影響

表3 物理機械性能、耐液體性能

硬脂酸鋅用量增加，300%定伸應力降低，拉斷永久變形增大，硬脂酸鋅用量以4份，8份，16份變化時，影響更為明顯，顯示其交聯密度降低，硫化膠在拉伸過程中橡膠分子滑移較大，產生較大的不可逆變形。而硬脂酸鋅用量從0份增加到16份，硬度增加4邵爾A，表示硬脂酸鋅在2.1、2.2體現的增塑作用僅限于高溫條件下，而較高用量的硬脂酸鋅可能由于增容、填充作用而使硬度略有增加。

由硫化膠浸3#標準油體積變化率可知，隨硬脂酸鋅用量增加，溶脹體積增大，為逐漸降低的交聯密度所致。

硬脂酸鋅用量為16份時，拉伸強度僅為7.5 MPa，明顯低于其他試樣，顯示其有欠硫跡象。

2.4 硬脂酸鋅對鋼絲粘合性能影響

圖1 鋼絲粘合性能：鋼絲抽出力、表面附膠百分比

由圖1可見，硬脂酸鋅用量達4份及以上時，鋼絲抽出力、表面附膠百分比下降，如硬脂酸鋅用量為4份時，鋼絲抽出力已經下降到空白試樣的70%，表面附膠百分比從100%下降到75%，而硬脂酸鋅用量為1、2份時，對鋼絲粘合性能影響不明顯。一般認為，硫磺硫化膠與銅硫化粘合機理為硫化初期，在橡膠/銅界面層形成CuSx硫化物層，且硫化物以樹突狀生長，在后續硫化過程中與橡膠形成交聯、互鎖結構[4]。推測硬脂酸鋅在在硫化初期，與形成CuSx的反應競爭，降低銅表面的供粘合反應的活性點，減少了CuSx層形成，最終降低了鋼絲粘合性能，與使用硬脂酸鋅改善粘模硫化膠脫模性能機理類似[5]。

3 結 論

本實驗使用不同用量的硬脂酸鋅，對硫磺硫化丁腈橡膠的硫化特性、門尼焦燒性能、物理機械性能、耐液體性能、鋼絲粘合性能進行測試。

在本文試驗配合條件下，硬脂酸鋅從0份到16份變化，影響有：

(1)高溫(125 ℃以上)條件下，起增塑作用，降低膠料粘度。

(2)延長膠料焦燒時間，降低交聯密度，相應對理機械性能、耐液體性能有一定影響。

(3)用量為4份及以上時，明顯降低膠料與鋼絲粘合性能。

為減少對硫磺硫化丁腈橡膠鋼絲粘合性能的負面影響，若選用硬脂酸鋅作中膠片或膠管內襯層隔離劑，應控制生產過程中硬脂酸鋅吸附量，規范管理回尾膠摻用過程。