橡胶加工助剂MT222对橡胶垫板胶料性能的影响

陈传志，曲 萌，党 佳，王 珏，张晓沛

（中国铁道科学研究院集团有限公司 标准计量研究所，北京 100081）

橡胶加工助剂用于改善胶料的加工性能，如混炼、压延、挤出、成型、硫化等性能，具有降低胶料加工能耗、提高胶料生产效率和产品质量的特点[1-8]。橡胶加工助剂MT222（简称MT222）是一种白色颗粒状的饱和脂肪酸盐，其熔点为63 ℃，广泛应用于天然橡胶和丁苯橡胶。

橡胶垫板用在混凝土轨枕与钢轨之间，为轨道提供弹性，是扣件系统重要的组成部分[9-11]。有关橡胶垫板的研究多集中在生胶、炭黑、硫化体系、测试表征方法上[12-17]，而加工助剂对橡胶垫板胶料加工性能和物理性能的影响研究较少。

本工作研究MT222对橡胶垫板胶料混炼能耗、加工性能、物理性能以及产品外观合格率的影响，以期为橡胶垫板生产企业改善胶料配方和混炼工艺提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

丁苯橡胶，牌号1500E，中国石化齐鲁石油化工公司产品；MT222，上海懋通实业有限公司产品。

1.2 试验配方

丁苯橡胶 100，氧化锌 5，硬脂酸 1，炭黑N330 30，陶土 80，硅烷偶联剂Si69 3，MT222 变量，防老剂 2，硫黄/促进剂 3.5。

1.3 试样制备

将丁苯橡胶、炭黑、陶土、MT222、硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸和防老剂投入110 L密炼机中进行混炼，混炼5 min后排胶，密胶下片冷却后在开炼机上加硫黄和促进剂，混炼均匀后下片。混炼胶停放1 d后适当返炼，然后在300 t平板硫化机上硫化，硫化条件为160 ℃/15 MPa×10 min。

1.4 性能测试

门尼粘度按照GB/T 1232.1—2016《未硫化橡胶 用圆盘剪切粘度计进行测定 第1部分：门尼粘度的测定》进行测试；硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡胶 用无转子硫化仪测定硫化特性》进行测试；邵尔A型硬度按照GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》进行测试；拉伸强度、拉断伸长率、阿克隆磨耗量、压缩永久变形、工作电阻、动静刚度和热空气老化性能按照Q/CR 564—2017《弹条Ⅱ型扣件》中的相关方法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 混炼能耗

胶料密炼时密炼机的最大电流和最大电流出现的时间直接反映出其混炼能耗的高低，最大电流越大、最大电流出现的时间越晚，混炼胶的混炼能耗越高。MT222用量对混炼胶混炼参数的影响见表1。

表1 MT222用量对混炼胶混炼参数的影响Tab.1 Influence of MT222 dosages on mixing parameters of compounds

从表1可见：随着MT222用量的增大，密炼机的最大电流逐渐减小，最大电流出现的时间也逐渐缩短；当MT222用量为6份时，密炼机的最大电流减至113 A，最大电流出现的时间缩短至91 s。

分析认为，MT222为饱和脂肪酸盐，具有表面活性剂的作用，可以增加橡胶对炭黑和陶土的浸润效果，促进橡胶在炭黑和陶土表面的包覆，利于炭黑和陶土的快速分散，因此能显著缩短密炼机的最大电流出现的时间；MT222熔点为63 ℃左右，混炼1 min后密炼机温度升高至70 ℃以上，在剪切力和温度作用下，MT222发生熔化，在橡胶分子链之间起润滑作用，因此混炼过程中密炼机的转矩会随着MT222用量的增大而逐渐减小，最大电流量随之减小。综上所述，加入MT222有利于降低混炼胶的混炼能耗。

2.2 加工性能

MT222用量对混炼胶加工性能的影响如表2所示。

表2 MT222用量对混炼胶加工性能的影响Tab.2 Influence of MT222 dosages on processing performances of compounds

从表2可以看出，随着MT222用量的增大，混炼胶的门尼粘度逐渐降低。门尼粘度降低有利于降低预成型过程中胶料温升，防止焦烧现象的发生；有利于减小预成型机的工作电流，降低能耗。MT222用量的增大延长了混炼胶的t10和t90。混炼胶的t10延长，其加工安全性提高；t90延长短于30 s，考虑到橡胶垫板的硫化时间一般为10 min左右，因此胶料的硫化体系基本无需调整。

2.3 物理性能

MT222用量对硫化胶物理性能的影响如表3所示。

从表3可见，随着MT222用量的增大，硫化胶的硬度、拉伸强度、老化后拉伸强度保持率和老化后拉断伸长率保持率无明显变化，拉断伸长率和工作电阻逐渐增大，200%定伸应力和静刚度先增大后减小，阿克隆磨耗量、动静刚度比和压缩永久变形先减小后增大。

表3 MT222用量对硫化胶物理性能的影响Tab.3 Influence of MT222 dosages on physical properties of vulcanizates

分析认为，一方面，MT222能包覆在炭黑及陶土表面，增强陶土与橡胶之间的结合，利于炭黑和陶土在橡胶中的分散，因此随着MT222用量的增大，硫化胶的200%定伸应力和静刚度先增大，阿克隆磨耗量、动静刚度比和压缩永久变形先减小；当MT222用量超过一定值后，过量的MT222会游离于橡胶分子链中，起到润滑剂作用，因此分子链更容易滑动，增加了分子链之间的摩擦，从而增加了能量损耗，橡胶的弹性会变差，导致硫化胶的阿克隆磨耗量、动静刚度比和压缩永久变形增大。另一方面，MT222的加入能够促进炭黑分散地更均匀，又由于MT222自身不导电，因此橡胶垫板的工作电阻增大[18]。

2.4 产品外观合格率

MT222用量为0，1.5，3，4.5和6份时橡胶垫板外观不合格率分别为4.1%，2.5%，2.2%，2.0%，1.9%。可以看出，加入MT222后，橡胶垫板外观不合格率显著减小，这有利于降低生产成本。

综合考虑胶料的混炼能耗、加工性能、物理性能以及产品外观合格率，MT222的适宜用量为3份。

3 结论

（1）随着MT222用量的增大，混炼胶的混炼能耗和门尼粘度降低，焦烧时间延长，硫化胶的硬度、拉伸强度、老化后拉伸强度保持率、老化后拉断伸长率保持率变化不大；拉断伸长率和工作电阻逐渐增大；200%定伸应力和静刚度先增大后减小；阿克隆磨耗量、动静刚度比和压缩永久变形先减小后增大。

（2）加入MT222能够减小橡胶垫板的外观不合格率。MT222的适宜用量为3份。