硫化助剂及促进剂用量对异戊橡胶性能的影响*

宋晓慧，杨俊峰，张福民，杜昌明，王志波，崔宇娜，肖 翠

(中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

异戊橡胶(IR)是指顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶，又称合成天然橡胶，具有很好的弹性、耐寒性(玻璃化温度-68 ℃)及很高的拉伸强度。在耐氧化和多次变形条件下耐切口撕裂比天然橡胶高，但加工性能如混炼、压延等比天然橡胶稍差。IR在没有添加任何助剂的情况下，无论是生胶还是硫化胶，其性能都难以满足使用要求，用途很有限，必须在橡胶中加入各种助剂，通过助剂与橡胶进行物理或化学作用来实现不同的用途或目的[1-3]。本实验主要考察氧化锌、硬脂酸、促进剂用量对硫化橡胶物理机械性能的影响，通过实验，找出了变化规律，并确定了最佳用量。

1 实验部分

1.1 原料

IR：JH-01，半透明状固体，门尼粘度≥70，顺式质量分数大于95%，灰分质量分数小于1%，吉林石化公司研究院；氧化锌、硬脂酸、硫磺、促进剂、炭黑均为市售工业品。

1.2 仪器设备

XSS-300转矩流变仪：上海科创科技有限公司；KY-3203E开炼机：台湾合资东莞厂；50 t电热XLB平板硫化机：青岛机械厂。

1.3 实验配方

实验配方(质量份)：高顺式稀土异戊橡胶(JH-01) 100.0,硬脂酸 2.0，氧化锌5.0，炭黑 50.0，促进剂 0.8，硫磺2.2。

1.4 样品制备

采用XSS-300转矩流变仪制备混炼胶，初始温度为65 ℃,转速为50 r/min。放置12 h后，测定混炼胶门尼粘度(ML)。在开炼机KY-3203E上进行胶料的薄通及试片的压延。用50 t电热平板硫化机在10 MPa压力下，于135 ℃×30 min条件下制成硫化试片，停放24 h后进行物理机械性能测试。

1.5 性能测试

门尼粘度按 GB/T1232—2000测定；拉伸强度、伸长率、定伸强度、永久变形按GB/528—2009测定；撕裂强度按GB/529—2008测定；硬度按GB/531.1—2008测定。

2 结果与讨论

2.1 硬脂酸用量对橡胶性能的影响

硬脂酸具有多功能的作用，一方面它是混炼胶的增塑剂，而另一方面它又改变了炭黑粒子与聚异戊二烯大分子之间的相互关系，它同氧化锌并用可作为硫化剂的助剂，因此硬脂酸的用量对IR混炼胶及硫化橡胶的性能影响较大[4-5]。硬脂酸用量对橡胶性能的影响如图1～图3所示。

硬脂酸用量/份图1 拉伸强度与硬脂酸用量的关系曲线

硬脂酸用量/份图2 撕裂强度与硬脂酸用量的关系曲线

硬脂酸用量/份图3 300%定伸强度与硬脂酸用量的关系曲线

根据混炼及分析测试结果表明，硬脂酸用量为1份时胶料粘辊，而扯断强度、定伸强度在硬脂酸用量为6份时达到最大值，而继续增加硬脂酸用量硫化橡胶性能明显下降。撕裂强度则在硬脂酸用量为3份时最好。但是综合各项性能数据看，硬脂酸用量为2～3份时硫化橡胶的拉伸强度、300%定伸强度及撕裂强度性能比较理想，拉伸强度达到29 MPa时，300%定伸强度达到15 MPa以上，撕裂强度达到100 kN/m。

2.2 氧化锌用量对橡胶性能的影响

氧化锌在通用橡胶中的主要作用是作为硫化促进剂，提高硫化效率及硫化度[6-7]。氧化锌用量对橡胶性能的影响如图4～图6所示。

氧化锌用量/份图4 撕裂强度与氧化锌用量的关系曲线

氧化锌用量/份图5 拉伸强度与氧化锌用量的关系曲线

氧化锌用量/份图6 300%定伸强度与氧化锌用量的关系曲线

实验结果表明，当氧化锌用量大于7份时，在实际操作过程中，胶料粘辊性严重,影响胶料的混炼工艺。当氧化锌用量低于1份时硫化橡胶的性能较差，当氧化锌用量大于2份时硫化橡胶性能趋于平稳，变化幅度较小。但考虑到IR的硫化速度比天然橡胶慢，需通过加入硫化助剂来调整，综合考虑，认为氧化锌用量在3～5份时，硫化橡胶的各项性能比较理想。

2.3 促进剂用量对橡胶性能的影响

硫磺使橡胶由线状物变成网状物，从而使橡胶由流态化变成硫化态，发生质的改变，进而应用在各个领域[8]。而促进剂则是帮助未硫化橡胶能更快更好地由线状物转变成网状体，并使硫化橡胶有更好的物理机械性能[9]。本实验主要考察促进剂用量对硫化橡胶性能的影响，结果如图7～图10所示。

从图7～图10可以看出，拉伸强度随着促进剂的用量增加而增加，当其用量为1.0份时达到最大值；300%定伸强度随着促进剂用量的增加而增加，规律性很好；伸长率随着促进剂用量的增加而降低，规律性很好；撕裂强度在促进剂用量为1.2份时出现最大值；综合各项数据可知促进剂用量在0.8～1.2份时，各项指标较好。

促进剂用量/份图7 拉伸强度与促进剂TBBS用量的关系曲线

促进剂用量/份图8 300%定伸强度与促进剂用量的关系曲线

促进剂用量/份图9 撕裂强度与促进剂用量的关系曲线

促进剂TBBS用量/份图10 伸长率与促进剂TBBS用量的关系曲线

3 结 论

以JH-01为基础胶,在基本配方、混炼工艺、硫化工艺不变的前提下，通过改变硫化助剂(氧化锌、硬脂酸及促进剂)用量得到的硫化橡胶各项物理机械性能变化幅度较大。综合各项性能指标及混炼工艺，如需调整IR的应力应变性能及撕裂强度可适当调整氧化锌、硬脂酸及促进剂的用量。

参 考 文 献：

[1] 小室经治.异戊橡胶加工技术[M].盛德修，译.北京：化学工业出版社，1980：11.

[2] 约翰S，迪克.橡胶技术配合与性能测试[M].游长江，译.北京：化学工业出版社，2005：329.

[3] 李殿军，刘乃青，宋尚德，等.吉化稀土异戊橡胶基本性能评价[J].弹性体，2011，21(4)：69-72.

[4] 张殿荣，辛振祥.现代橡胶配方设计[M].北京：化学工业出版社，2001：67-71.

[5] 赵瑞明.硬脂酸对异戊橡胶性能的影响[J].橡胶译丛，1994，24(6)：24-26.

[6] 傅彦杰.俄罗斯异戊橡胶性能试验[J].橡胶工业，1995，42(3)：140-143.

[7] 赵旭涛,刘大华.合成橡胶工业手册[M].第2版.北京：化学工业出版社,2006：514.

[8] 严瑞芳，薛兆弘.高弹性杜仲橡胶及其硫化弹性机理[J].弹性体,1991，1(3):12-15.

[9] 杜军.材料配合与混炼加工：橡胶部分[M].北京：化学工业出版社，2003：68.