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1、CM/SBR共混工艺的研究高新文，石超，张宁，辛振祥（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042） 摘要：共混工艺对共混胶的性能有很大的影响，本文研究了CM/SBR体系的四种不同混炼工艺。通过测定不同混炼工艺得到的混炼胶的物理性能和炭黑分散情况得出混炼工艺对混炼胶的影响，从而确定最佳的混炼工艺。 关键词：CM; SBR; 共混工艺；炭黑分散许多橡胶制品采用氯化聚乙烯橡胶与一种或两种其它橡胶并用制备。目的是为了提高产品性能，改善生产工艺，降低生产成本。并用胶是不均一系统，由各种生胶的微体积组成。橡胶由于侧向基团不同及结构对称程度的差异，而使之带有不同极性，橡胶极性接近，则相溶性
2、好，易于掺合1。极性相差较大的橡胶，如氯化聚乙烯橡胶和丁苯橡胶，通过机械力作用亦可使之掺合在一起。因橡胶聚合度大，粘度高，分子位移困难，而使之保持混合状态。但是全部并用比例范围内。性能曲线会呈现一最低点(或最高点)，这点的比例，说明两胶相混性最差。两种橡胶的分子量接近，有利于相互间混合。因此，注意橡胶的塑炼条件，合理控制各橡胶的粘度是必要的。为获得具有最优性能的并用胶料，必须选择恰当的混炼工艺，以保证各种生胶混合均匀和碳黑分散性好。此外，橡胶的结晶性、反应性、内聚能密度会影响并用效果2。下面通过丁苯橡胶与橡胶型氯化聚乙烯的不同共混工艺来探讨共混胶的混合情况和炭黑分散情况。1 实验1.1 原材料
3、CM135B（橡胶型氯化聚乙烯），山东青岛海晶化工集团有限公司产品；SBR1502（乳聚丁苯橡胶），广西桂林曙光研究所；MgO ，日本协和公司产品；N330，青岛德固萨化学有限公司；N660 ，青岛德固萨化学有限公司；N774，青岛德固萨化学有限公司；DOP（邻苯二甲酸二辛酯），濮阳县亿丰新型增塑剂有限公司；ZnO ，柳州富鑫化工有限公司；碳酸钙 ，淄博海诺化工厂；NA-22（1，2亚甲基硫脲），鹤壁市里程助剂有限公司；S ，天津市蓟县兴兴化工厂；其他材料均为市售工业产品。1.2 配方CM135B 60；SBR 40;MgO 8；ZnO 3; 硬脂酸1.5;RD 2;石蜡1.5；4010NA
4、1;N330 25;N660 35;碳酸钙55；DOP 15；芳烃油10；Na-22 1.4；DM 1;S 0.8。1.3工艺路线混炼方案一 两种橡胶先用开炼机或密炼机共混，制成并用胶再将炭黑及油类软化剂投入并用橡胶中进行混炼，制成填充炭黑的并用胶，最后经开炼机炼胶加入硫化剂及促进剂，制成混炼胶片。混炼方案二 先将全部炭黑及油类软化剂混入SBR之中，制成炭黑的母炼胶，再将CM混入SBR的母炼胶中，制成填充炭黑的并用胶，再加入硫化剂和硫化促进剂，最后制的混炼胶片。混炼方案三 先将全部炭黑及油类软化剂混入CM之中，制成炭黑的母炼胶，再将SBR混入CM的母炼胶中，制成填充炭黑的并用胶，再加入硫化剂和
5、硫化促进剂，最后制的混炼胶片。混炼方案四 在两种橡胶中先分别混炼炭黑及油类软化剂，制成两种橡胶的炭黑母炼胶，其次，再将两种炭黑母炼胶进行共混，制成填充炭黑的并用胶，之后再加入硫化剂及促进剂，制得混炼胶片。1.4 性能测试热空气老化性能按GB3512200进行测试；拉伸性能的测试按GB/T5281998进行，其它性能的测试也按相应国标进行。2 结果与讨论2.1炭黑分散分析图1与2分别是方案一到二的不同混炼工艺共混胶的炭黑分散仪图像，图中的白点代表的是未分散的炭黑。 图1方案一硫化胶的炭黑分散分析结果图 图2方案二硫化胶的炭黑分散分析结果图 从图1中可以看出，采用方案一的混炼工艺时炭黑粒径较大、未
6、分散的炭黑粒子多，炭黑分散度(ASTM)仅有85.28%。这说明方案一中先将两胶共混再加入炭黑的混炼工艺不利于炭黑的分散。炭黑要分散到橡胶中去，首先要被橡胶分子湿润，橡胶分子链越柔顺，对炭黑的湿润能力越强3；有双键的橡胶与炭黑有较高的结合性；炭黑易于分散在低门尼橡胶相中，SBR的门尼粘度比CM的低（CM的门尼粘度98.16，SBR的门尼粘度49.82），因此，炭黑更容易分散在SBR相中。在方案一中将两种胶同时共混，炭黑更倾向于分散到丁苯橡胶相，因此炭黑在两相中分散并不均匀。从图2中可以看出，采用方案二时未分散的炭黑粒子多，与图1相比未分散的炭黑粒径较小，炭黑分散度(ASTM)为88.21%。采
7、用方案二的混炼工艺也不能使炭黑很好的分散。将炭黑先加入丁苯胶中再与氯化聚乙烯共混时由于浓度的关系炭黑从丁苯橡胶相向氯化聚乙烯相扩散，由于炭黑更易分散在丁苯橡胶相，因此炭黑在两相中分散并不均匀，丁苯胶中的炭黑多于氯化聚乙烯相。图3与4分别是方案三和四的不同混炼工艺共混胶的炭黑分散仪图像。 图3方案三硫化胶的炭黑分散分析结果图 图4方案四硫化胶的炭黑分散分析结果图从图3中可以看出，采用方案三的混炼工艺时混炼胶中有一些较大的未分散的炭黑颗粒，但总体未分散的颗粒少，特别是小粒径炭黑粒子在四种共混工艺中最少，电脑分析得到的炭黑分散度(ASTM)为93.32%。这说明采用方案三时，炭黑在共混胶中的分散较好
8、。炭黑先加入氯化聚乙烯中分散一段时间后再加入丁苯胶时，炭黑从氯化聚乙烯相向粘度低、易分散的丁苯橡胶相迁移，经过混炼炭黑在两相中等量分散，最终在两相中达到均匀分散。从图4中可以看出，采用方案四的混炼工艺时未分散的炭黑大颗粒最少，未分散的炭黑颗粒总量也比方案一和二少，炭黑分散度(ASTM)为93.02%。这说明采用方案四共混时炭黑分散程度好。这是因为用两种胶分别制成母炼胶后再共混时，炭黑在两相中的迁移较少在两相中基本是等量的。2.2 物理性能 表1示出了不同混炼工艺对胶料物理机械性能的影响。表1不同混炼工艺对胶料物理机械性能的影响 配方编号项目方案一方案二方案三方案四拉伸强度/MPa7.788.8
9、27.698.19扯断伸长率/%636.31439.51463.15462.03100%定伸应力/ MPa 2.112.262.742.47300%定神应力/ MPa4.406.236.076.03撕裂强度/（kN/m）34.0430.4034.2831.69扯断永久变形/%70405030绍尔A型硬度/度78807879从表1中可以看出，方案二与方案四的拉伸强度较好，其中以方案二的为最好；方案一的扯断伸长率要优于其余三种方案；方案一和三撕裂强度较好。共混胶混炼胶强度的影响因素要比单一胶种混炼胶复杂的多，并不像单一胶种混炼胶炭黑分散越均匀性能就越好，共混胶还涉及炭黑在两相中的分布和炭黑对不同胶
10、种的补强程度。通过炭黑分散分析可知，方案二中炭黑分散并不是最好的，炭黑在丁苯相中的分散程度较大，但是其拉伸强度却是最好的。这可能是因为丁苯胶是非自补强橡胶，只有在炭黑的补强作用下才有较高的强度；而氯化聚乙烯是自补强型橡胶，炭黑对它的影响远没对丁苯胶的影响大。因此方案二的这种不均匀的炭黑分散更带来了较高的拉伸强度。2.3老化后性能 表2示出了不同混炼工艺对胶料耐老化性能的影响。表2不同混炼工艺对胶料耐老化性能的影响 配方编号项目方案一方案二方案三方案四拉伸强度/MPa7.628.387.548.03拉伸强度变化率/%-2-5-2-2扯断伸长率/%589273373369扯断伸长率变化率/%-19
11、-38-7-20绍尔A型硬度/度89808381硬度变化/度+11+0+5+2扯断永久变形/%25282625.5注：热空气老化条件为80168h从表2中可以看出不同混炼工艺对胶料老化后拉伸强度略有影响，方案二的胶料老化后强度下降较大；混炼工艺对老化后胶料的扯断伸长率影响较大，其中方案二老化后胶料的扯断伸长率下降最大，方案三中胶料受老化影响最小。炭黑对防老剂有吸附作用，能够消耗胶料中的防老剂。方案二中炭黑在丁苯橡胶相中比例较大对丁苯橡胶相中防老剂的吸附较多，而丁苯橡胶的耐老化性能远劣于不含饱和双键的氯化聚乙烯，所以方案二的耐老化性能较差。与此相反，方案三的耐老化性能最好。3 结论 （1）不同的
12、混炼工艺对CM/SBR共混胶中的炭黑分散和物理机械性能有很大的影响。（2）在CM/SBR混炼过程中，采用方案三和四的混炼工艺有利于炭黑在两相中的分散，炭黑分散度(ASTM)分别为到93.32%和93.02. （3）在CM/SBR混炼过程中，采用方案二的加料方式，得到的混炼胶的物理机械性能最佳。（4）不同共混工艺对胶料的耐热空气老化性能有所影响，其中方案三的耐热空气老化性能最好。参考文献：1S.H.Botros,M.L.Tawfic.Journal of Elastomers&Plastics,2005,37(4):299317.2邓本诚.橡胶并用与橡塑共混技术M. 北京：化学工业出版社，200
13、3，1011.3杨清芝 主编. 实用橡胶工艺学M. 北京：化学工业出版社，2005，230231.4谢遂志，刘登祥，周鸣峦.橡胶工业手册(第一分册)M. 北京：化学工业出版社，1989，813817.THE RESEACH OF BLEND IN THE SYSTEM OF CM/SBRAbstract: Technics of blend is important for the physical property of blending rubber. From four different blend technics of CM/SBR we can see different physical property and decentralization of black charcoal.From that we can know which is the best blend technics.Key words : CM; SBR;Blend technics; Decentralization of black charcoal
