橡膠加工助劑MT222對橡膠墊板膠料性能的影響

陳傳志，曲 萌，黨 佳，王 玨，張曉沛

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 標準計量研究所，北京 100081）

橡膠加工助劑用于改善膠料的加工性能，如混煉、壓延、擠出、成型、硫化等性能，具有降低膠料加工能耗、提高膠料生產效率和產品質量的特點[1-8]。橡膠加工助劑MT222（簡稱MT222）是一種白色顆粒狀的飽和脂肪酸鹽，其熔點為63 ℃，廣泛應用于天然橡膠和丁苯橡膠。

橡膠墊板用在混凝土軌枕與鋼軌之間，為軌道提供彈性，是扣件系統重要的組成部分[9-11]。有關橡膠墊板的研究多集中在生膠、炭黑、硫化體系、測試表征方法上[12-17]，而加工助劑對橡膠墊板膠料加工性能和物理性能的影響研究較少。

本工作研究MT222對橡膠墊板膠料混煉能耗、加工性能、物理性能以及產品外觀合格率的影響，以期為橡膠墊板生產企業改善膠料配方和混煉工藝提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

丁苯橡膠，牌號1500E，中國石化齊魯石油化工公司產品；MT222，上海懋通實業有限公司產品。

1.2 試驗配方

丁苯橡膠 100，氧化鋅 5，硬脂酸 1，炭黑N330 30，陶土 80，硅烷偶聯劑Si69 3，MT222 變量，防老劑 2，硫黃/促進劑 3.5。

1.3 試樣制備

將丁苯橡膠、炭黑、陶土、MT222、硅烷偶聯劑、氧化鋅、硬脂酸和防老劑投入110 L密煉機中進行混煉，混煉5 min后排膠，密膠下片冷卻后在開煉機上加硫黃和促進劑，混煉均勻后下片。混煉膠停放1 d后適當返煉，然后在300 t平板硫化機上硫化，硫化條件為160 ℃/15 MPa×10 min。

1.4 性能測試

門尼粘度按照GB/T 1232.1—2016《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計進行測定 第1部分：門尼粘度的測定》進行測試；硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡膠 用無轉子硫化儀測定硫化特性》進行測試；邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法 第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》進行測試；拉伸強度、拉斷伸長率、阿克隆磨耗量、壓縮永久變形、工作電阻、動靜剛度和熱空氣老化性能按照Q/CR 564—2017《彈條Ⅱ型扣件》中的相關方法進行測試。

2 結果與討論

2.1 混煉能耗

膠料密煉時密煉機的最大電流和最大電流出現的時間直接反映出其混煉能耗的高低，最大電流越大、最大電流出現的時間越晚，混煉膠的混煉能耗越高。MT222用量對混煉膠混煉參數的影響見表1。

表1 MT222用量對混煉膠混煉參數的影響Tab.1 Influence of MT222 dosages on mixing parameters of compounds

從表1可見：隨著MT222用量的增大，密煉機的最大電流逐漸減小，最大電流出現的時間也逐漸縮短；當MT222用量為6份時，密煉機的最大電流減至113 A，最大電流出現的時間縮短至91 s。

分析認為，MT222為飽和脂肪酸鹽，具有表面活性劑的作用，可以增加橡膠對炭黑和陶土的浸潤效果，促進橡膠在炭黑和陶土表面的包覆，利于炭黑和陶土的快速分散，因此能顯著縮短密煉機的最大電流出現的時間；MT222熔點為63 ℃左右，混煉1 min后密煉機溫度升高至70 ℃以上，在剪切力和溫度作用下，MT222發生熔化，在橡膠分子鏈之間起潤滑作用，因此混煉過程中密煉機的轉矩會隨著MT222用量的增大而逐漸減小，最大電流量隨之減小。綜上所述，加入MT222有利于降低混煉膠的混煉能耗。

2.2 加工性能

MT222用量對混煉膠加工性能的影響如表2所示。

表2 MT222用量對混煉膠加工性能的影響Tab.2 Influence of MT222 dosages on processing performances of compounds

從表2可以看出，隨著MT222用量的增大，混煉膠的門尼粘度逐漸降低。門尼粘度降低有利于降低預成型過程中膠料溫升，防止焦燒現象的發生；有利于減小預成型機的工作電流，降低能耗。MT222用量的增大延長了混煉膠的t10和t90。混煉膠的t10延長，其加工安全性提高；t90延長短于30 s，考慮到橡膠墊板的硫化時間一般為10 min左右，因此膠料的硫化體系基本無需調整。

2.3 物理性能

MT222用量對硫化膠物理性能的影響如表3所示。

從表3可見，隨著MT222用量的增大，硫化膠的硬度、拉伸強度、老化后拉伸強度保持率和老化后拉斷伸長率保持率無明顯變化，拉斷伸長率和工作電阻逐漸增大，200%定伸應力和靜剛度先增大后減小，阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小后增大。

表3 MT222用量對硫化膠物理性能的影響Tab.3 Influence of MT222 dosages on physical properties of vulcanizates

分析認為，一方面，MT222能包覆在炭黑及陶土表面，增強陶土與橡膠之間的結合，利于炭黑和陶土在橡膠中的分散，因此隨著MT222用量的增大，硫化膠的200%定伸應力和靜剛度先增大，阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小；當MT222用量超過一定值后，過量的MT222會游離于橡膠分子鏈中，起到潤滑劑作用，因此分子鏈更容易滑動，增加了分子鏈之間的摩擦，從而增加了能量損耗，橡膠的彈性會變差，導致硫化膠的阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形增大。另一方面，MT222的加入能夠促進炭黑分散地更均勻，又由于MT222自身不導電，因此橡膠墊板的工作電阻增大[18]。

2.4 產品外觀合格率

MT222用量為0，1.5，3，4.5和6份時橡膠墊板外觀不合格率分別為4.1%，2.5%，2.2%，2.0%，1.9%。可以看出，加入MT222后，橡膠墊板外觀不合格率顯著減小，這有利于降低生產成本。

綜合考慮膠料的混煉能耗、加工性能、物理性能以及產品外觀合格率，MT222的適宜用量為3份。

3 結論

（1）隨著MT222用量的增大，混煉膠的混煉能耗和門尼粘度降低，焦燒時間延長，硫化膠的硬度、拉伸強度、老化后拉伸強度保持率、老化后拉斷伸長率保持率變化不大；拉斷伸長率和工作電阻逐漸增大；200%定伸應力和靜剛度先增大后減小；阿克隆磨耗量、動靜剛度比和壓縮永久變形先減小后增大。

（2）加入MT222能夠減小橡膠墊板的外觀不合格率。MT222的適宜用量為3份。