不同碳数分布防护蜡对胶料性能影响的探讨

不同碳数分布防护蜡对胶料性能影响的探讨刘练，韦邦风（徐州徐轮橡胶有限公司，江苏徐州221011）摘要：试验研究不同碳数分布的防护蜡对胶料物理性能、屈挠性能、热老化性能、高低温天候老化性能的影响，研究表明，双峰型防护蜡综合性能最好，在不同天候环境下均能保持良好的防护效果。关键词：防护蜡；农业轮胎轮胎在使用过程中，受到空气中的氧的侵袭，同时受到光、热、辐射、机械应力等因素的作用，而引起轮胎的老化，其中尤以臭氧的破坏作用最大。橡胶防护蜡作为物理防老剂加入胶料中，能从橡胶内部向表面迁移，在表面形成一层惰性的、非结晶的、有韧性的薄膜，它防止橡胶与臭氧起反应，能有效防止臭氧老化，从而延长橡胶制品的试用寿命。但不同化学组成的防护蜡即不同碳数分布的防护蜡对胶料的性能影响不同，本文选用普通石蜡，双峰型防护蜡和微晶蜡在胶料进行对比研究，分析差异，优选出最佳的防护蜡，以提供最佳的防护效果。1实验1.1主要原材料NR，20#，印度尼西亚产品；BR9000,中石油新疆独山子石化公司；炭黑N220河北大光明炭黑有限公司产品；双峰型防护蜡A117，费尔斯通产品，其它产品为常规产品。作者简介：刘练（1981-），男，江苏徐州人，徐州徐轮橡胶有限公司工程师，主要从事橡胶配方研究工作。1.2配方配方1：NR50，BR30，SBR20，炭黑N22058，芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，防老剂RD0.5，防老剂40201.0，其它20。配方2：NR50，BR30，SBR20，炭黑N22058，芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，防老剂RD0.5，防老剂40201.0，普通石蜡1.0，其它20。配方3：NR50，BR30，SBR20，炭黑N22058，芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，防老剂RD0.5，防老剂40201.0，双峰型防护蜡1.0，其它20。配方4：NR50，BR30，SBR20，炭黑N22058，芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，防老剂RD0.5，防老剂40201.0，微晶1.0，其它20。1.3主要设备和仪器1L本伯里小型智能密炼机，青岛科高公司产品；XK-160型开炼机，上海橡胶机械厂产品；25T平板硫化机,上海第一橡机厂；伺服控制电脑拉力试验机TCS-2000，高铁检测仪器有限公司；无转子硫化仪GT-M2000A，高铁检测仪器有限公司；智能电脑型门尼粘度仪MV2-90E，无锡蠡园电子仪器厂；高效气相色谱仪，美国安捷伦科技公司；屈挠试验机,高铁检测仪器有限公司1.4混炼工艺小配合试验胶料采用两段混炼工艺进行混炼。一段混炼在1L密炼机中进行，转子转速为50r/min，混炼工艺为：生胶、小料压陀30秒→加炭黑、超微细滑石粉压陀90秒→加芳烃油压陀90秒→排料(120℃)；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶、硫磺、促进剂→薄通→混炼均匀下片。1.5性能测试各项性能均按相应的国家标准进行测试2结果与讨论2.1理化分析依据国标GB/T9930-88、GB/T508-85、GB/T265-88、SH/T0040-92对三种防护蜡的理化分析结果如表1所示表1三种防护蜡的理化分析结果普通石蜡主要由直链烷烃组成，碳数分布主要集中在C20-C28，双峰蜡为直链烷烃和低分子量及中分子量的支链烷烃组成，碳数分布有两个峰，前锋在C25，后峰在C32,主要集中在C20-C35。微晶蜡由直链烷烃和大部分的异构烷烃组成，分子量较高，碳数分布主要集中在C30-C40。2.2试验数据表2物理性能试验结果从表2看出，三种蜡对胶料的老化前物理性能影响基本一致。对胶料的门尼焦烧无影响。项目普通石蜡双峰蜡微晶蜡冻凝点，℃586465灰分%0.010.010.01粘度（100℃），mm2/S6.06.3正构含量%606865第一炭峰252532第二炭峰--32--C20-24含量%1691.5C25-28含量%262010C29-33含量%152825C34-40含量%21026项目配方1（空白）配方2配方3配方4门尼焦烧（120℃）/min5859硫化时间（143℃）/min4060406040604060邵尔硬度/度6566666665666666300%定伸应力/MPa1010.410.210.510.110.310.510.210.6拉伸强度/MPa17.717.217.617.817.117.717.417.2扯断伸长率/%640630610630620620640630拉伸永久变形/%2928283027282628撕裂强度KN/m80838582硫化仪数据（143℃）T10/min13121313T90/min28303129表3热空气老化性能从实验结果可以看出，普通石蜡胶料的热氧老化性能较差，双峰防护蜡和微晶蜡的热氧老化性能有明显改善，其中微晶蜡的热氧老化性能最好。蜡对橡胶的防护效果取决于蜡在橡胶中的迁移速度、保护膜中蜡呈结晶态和蜡与橡胶的粘着强度。普通石蜡主要由直链烷烃组成，溶解度大，在100℃热空气老化时，蜡几乎完全溶解于橡胶中，不能迁移至表面形成很好的保护膜。少量迁移至表面的蜡也由于晶粒大，生成有空隙的疏松的晶体蜡膜，与橡胶的粘着强度低，不能有效的隔绝臭氧的作用，防护性能差。导致石蜡的热空气老化性能较差。双峰防护蜡和微晶蜡的支链烷烃含量高，熔点高，溶解度较低，在高温时，依然能有部分蜡迁移至表面形成保护膜，且蜡的粒晶细，能提高蜡膜对橡胶的附着力和柔韧性，能有效的阻止臭氧渗透，因此热空气老化性能较好。双峰防护蜡的支链烷烃含量低于微晶蜡，因此热氧老化性能稍差。表4耐屈挠试验性能注：试验标准：GB/T13934-2006，试验条件：往复行程57mm，300次/分钟。从实验结果可以看出，普通石蜡胶料的耐屈挠性能较差，双峰防护蜡和微晶蜡的耐屈挠性能有明显改善。这主要是由于普通石蜡形成的蜡膜与橡胶的粘着强度较低，耐老化性能差造成。表5冬季天候老化性能注：冬季时间为11月至次年1月，环境温度在-10℃-10℃，试验条件：试片拉伸50%，倾斜45度置于室外自然环境中。项目配方1（空白）配方2配方3配方4100℃×24h老化硫化时间（143℃）/min4060406040604060邵尔硬度/度6969686969696970拉伸强度/MPa14.814.215.115.315.215.715.815.8扯断伸长率/%360380390400480450500470老化系数0.470.500.550.540.690.640.700.68屈挠次数/龟裂程度配方1（空白）配方2配方3配方45万次1级无无无8万次2级1级无无10万次3级2级无无11万次3级3级1级1级天数/龟裂程度配方1（空白）配方2配方3配方410天出现龟裂15天龟裂明显35天出现龟裂40天出现龟裂50天出现龟裂从实验结果可以看出，微晶蜡的耐低温天候老化性能最差，普通石蜡次之，双峰防护蜡最好。研究表明，在暴露温度接近0℃时，只有碳原子数较少的烷烃，即C18-24才能以合适的速率迁移到橡胶表面。当暴露温度上升至40℃或者更高时，这些低碳原子数的组分几乎完全溶解于橡胶中，这时橡胶表面代之以C30以上的烷烃。因此，C数分布较高的微晶蜡的耐低温天候老化效果较差，而双峰防护蜡含有较多的低碳原子组分，在低温时，仍能形成很好的保护膜，耐低温天候老化性能最好表6夏季天候老化性能注：夏季时间为7月到9月，环境温度在10℃-40℃，试验条件：试片拉伸50%，倾斜45度置于室外自然环境中。从实验结果可以看出，普通石蜡的的耐高温天候老化性能最差，双峰型防护蜡和微晶蜡基本一致，均具有较好的防护效果。原理如前所述。3结论综上所述，不同碳数分布的防护蜡具有不同的性能。普通石蜡在低温时能有较好的防护效果，在高温时防护效果很差。微晶蜡在高温时防护效果很好，在低温时防护效果较差。双峰防护蜡，由于碳数分布较宽，在高低温的环境下均能具有较好的防护效果。为此，下一步计划研究双峰型防护蜡在农业轮胎胎面胶中的应用，因为，农业轮胎胎的使用环境温度从-30-40℃，温度范围较宽，要求防护蜡在低温及高温环境中均具有较好防护效果，同时农业轮胎为低速轮胎，使用时轮胎温度相对低，不需要太多的高碳组分。因此，双峰型防护蜡对农业轮胎来说是最适合的防护蜡。天数/龟裂程度配方1（空白）配方2配方3配方44天出现龟裂6天龟裂严重10天出现龟裂45天出现龟裂50天出现龟裂