濕法水磨膠粉在天然橡膠/順丁橡膠并用配方體系中的應用

劉會迎，汪 燕，徐 旗，崔雪靜，孫世悅，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著我國汽車保有量的逐年增加，廢舊輪胎的產生量越來越大[1]。大量的廢舊輪胎堆放不僅占用土地，而且容易引發火災和滋生蚊蟲傳播疾病，因此對廢舊輪胎進行合理的回收利用勢在必行[2]。

廢舊輪胎的回收利用主要包括原形利用、輪胎翻新、裂解重油和炭黑、膠粉利用、再生橡膠等。膠粉具有生產工藝簡單、耗能低、回收率高、利用范圍廣等優勢，因此在低碳經濟下膠粉的生產、利用和改性成為目前最有前途的輪胎回收再利用方式[2-3]。國內外廢舊輪胎的粉粹技術主要分為干法和濕法兩大類，濕法水磨粉粹技術解決了傳統干法生產膠粉高污染、低產能、顆粒粗、粒度分布寬、生產時容易起火、產品易焦化等問題。

國內外已有用膠粉替代炭黑在輪胎胎面膠和胎側膠中應用的研究報道[4-6]。為研究膠粉在輪胎其他部件中的應用以降低配方成本，本工作將濕法水磨膠粉用于輪胎胎圈膠配方[生膠體系為天然橡膠（NR）/順丁橡膠（BR）并用]中部分替代炭黑N330，研究濕法水磨膠粉對膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

NR，SMR20，馬來西亞進口產品；BR，牌號9000，浩普新材料科技股份有限公司產品；濕法水磨膠粉，粒徑分別為0.178，0.125和0.07 mm，廣州愛其科技股份有限公司產品；炭黑N330，山西盛達威科技有限公司產品；其他原材料均為普通市售工業品。

1.2 配方

試驗配方和生產配方如表1所示。

表1 試驗配方和生產配方 份

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5型密煉機、XK（S）-160型開煉機和XLB-400-2000型平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；MDR3000型硫化儀、RB3000型回彈測試儀和邵爾A型自動硬度計，德國MonTech公司產品；VR-7130型橡膠動態熱機械分析（DMA）儀，日本上島公司產品；3365型電子拉力機，美國英斯特朗公司產品；GT-7017-ELU型熱老化試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝混煉，一段和二段混煉均采用X（S）M-1.5型密煉機。一段混煉加料順序為：生膠→炭黑、膠粉、軟化劑→活化劑、防老劑→清掃→排膠（排膠溫度為165 ℃），采用XK（S）-160型開煉機薄通下片。二段混煉加料順序為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→清掃→排膠（排膠溫度為100 ℃），采用XK（S）-160型開煉機薄通下片。

二段混煉膠停放一段時間后在平板硫化機上硫化，硫化條件為171 ℃×15 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按照相應國家標準或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

濕法水磨膠粉的理化分析結果如表2所示。

從表2可以看出，濕法水磨膠粉的各項理化性能符合技術指標要求。

表2 濕法水磨膠粉的理化分析結果

2.2 硫化特性

膠料的硫化特性如表3所示。

從表3可以看出，與生產配方膠料相比，添加濕法水磨膠粉的試驗配方膠料的焦燒時間、t90和t95縮短，且隨著濕法水磨膠粉用量的增大，膠料的t90和t95進一步縮短。分析認為有三方面原因：一是可能與炭黑用量減小后硫黃和促進劑占比偏高有關；二是可能與膠粉中存在未反應的促進劑有關[7-9]；三是可能與硫黃和促進劑從橡膠基質相向膠粉相擴散，減小了橡膠基質中硫黃和促進劑占比有關[9-16]。

表3 膠料的硫化特性

2.3 物理性能

膠料的物理性能如表4所示。

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的硬度、定伸應力和拉伸強度明顯降低，且不同粒徑和用量的濕法水磨膠粉的膠料之間無明顯差別，可能與膠粉與橡膠鏈段之間結合力微弱，或形成較多不規則的網絡，以及膠粉在橡膠基體中的分散不佳有關。

從表4還可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的拉斷伸長率和回彈值明顯增大，這與濕法水磨膠粉替代部分炭黑，配方含膠率增大有關；但隨著膠粉用量的增大，膠料的拉斷伸長率呈下降趨勢，這可能與膠粉體積分數增大使膠料的交聯密度下降有關[4]。

表4 膠料的物理性能

2.4 動態性能

膠料的動態性能如表5所示，Tg為玻璃化溫度，tanδ為損耗因子，E′為動態拉伸儲能模量。

從表5可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的Tg基本不變；60 ℃時的tanδ減小，這可能與濕法水磨膠粉替代部分炭黑，配方含膠率增大有關；E′大幅降低。

表5 膠料的動態性能

2.5 配方優選

為保證試驗配方膠料的硬度和模量與生產配方膠料一致，考慮到膠粉無補強效果，雖然膠粉粒徑對膠料性能影響不大，但膠粉粒徑越小，其價格越高，考慮到成本，優選使用30份0.178 mm濕法水磨膠粉分別替代10和5份炭黑N330進行膠料性能測試，結果如表6所示。

從表6可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度增大，這與濕法水磨膠粉用量高達30份，降低了膠料流動性有關；耐老化性能提高，說明添加濕法水磨膠粉有助于提高膠料的耐熱老化性能；以30份濕法水磨膠粉替代10份炭黑N330的試驗配方膠料的硬度、定伸應力及60 ℃下的tanδ略低于生產配方膠料；以30份濕法水磨膠粉替代5份炭黑N330的試驗配方膠料硬度、定伸應力及60 ℃時的tanδ略高于生產配方膠料。結果表明，在NR/BR并用配方體系中可以使用30份膠粉替代5～10份炭黑N330，膠料的物理性能和動態性能可以達到生產配方膠料水平，膠粉在輪胎胎圈膠配方中應用是可行的。

表6 優選膠料性能

3 結論

（1）在NR/BR并用胎圈膠配方中以濕法水磨膠粉替代部分炭黑N330，膠料的焦燒時間縮短，硫化速度加快。

（2）濕法水磨膠粉的粒徑和用量對NR/BR并用胎圈膠料的硬度、300%定伸應力和拉伸強度影響不大；試驗配方膠料的拉斷伸長率明顯大于生產配方膠料，但隨著膠粉用量的增大，膠料的拉斷伸長率呈降低趨勢。

（3）以濕法水磨膠粉部分替代炭黑N330，膠料的硬度、定伸應力和拉伸強度明顯降低，拉斷伸長率和回彈值明顯增大，60 ℃時的tanδ減小，E′大幅降低。

（4）在NR/BR并用胎圈膠配方中使用30份0.178 mm濕法水磨膠粉替代5～10份炭黑N330，可以達到生產配方膠料的物理性能和動態性能，膠粉在胎圈膠配方中應用是可行的。

（5）使用濕法水磨膠粉可以有效減小原材料成本，同時有利于減輕污染、促進輪胎行業循環經濟的發展。