Page 101 - 2020-1

测试与分析 李华·使用橡胶加工分析仪来研究白炭黑补强溶聚丁苯胶料的焦烧行为

速为 50 r/min，到达 145℃后，手动调节转速，使胶 白炭黑配方的 3 条流变曲线。可以发现，无硅烷的配
料温度在 145℃保持 2 min 后排胶。二段为回炼，转速 方起始点最高，说明填料分散最差。而含有 TESPT 的
为 50 r/min，填充系数为 0.7，温度达到 145℃后排胶。 配方，其曲线在上升过程中，存在着一个明显的拐点：
三段则在开炼机上进行，加入硫化及促进剂，然后冷 其最初的上升，在 1 min 前就发生了，而这个时候橡
却后出片，等待测试。 胶和硫磺的交联，还远处在诱导期。在 5 min 的时候，
表 1 试验的配方和材料 份 曲线再次明显上升，而这个上升，与无白炭黑配方的
原材料 配方 1 配方 2 配方 3 配方 4 曲线上升在时间上一致的，这都是由于橡胶开始硫化
标记 TESPT 无硅烷 无硅烷 + 硫磺 无白炭黑
SSBR ① 75 75 75 75 导致的。因此，无论是 TESPT 配方，还是无硅烷配方，
BR 25 25 25 25
白炭黑 80 80 80 80 其模量最初的迅速上升，只可能是白炭黑在高温下的
TEPST 6.4 0 0 0 聚集导致的。另外，对比其余两条曲线，发现无白炭
其它材料 ② 41.3 41.3 41.3 41.3
硫磺 1.56 1.56 3.14 1.56 黑的配方模量极低，可以发现，在高白炭黑补强的胶
总份数 236.83 235.52 235.42 234.21 料中，填料对模量的贡献作用，要远远高于橡胶交联
① ： SSBR 的份数指的是纯橡胶的份数，不含填充油。
的贡献。
② ：其它材料包括 ：硬脂酸 2.5 份，氧化锌 2.5 份，处理后的
芳烃油 32.6 份，促进剂 CZ 1.7 份，促进剂 DPG 2.0 份。

1.3 性能测试
使用门尼黏度机 (MS100B, Norka, China)，根据
ASTM D1646-94 来测试焦烧时间。焦烧时间 T5 指
的是在门尼机上，从最低黏度上升 5 个单位的时间。
胶料的流变曲线使用流变仪测定 (MDR2000, Alpha
Technologies, USA)。
本文主要使用 PRA2000 的应变、时间扫描来研
究胶料内部的填料 - 填料和填料 - 橡胶作用。在本研
究中，采用的应变扫描的条件为 ： 60℃，1.67 Hz，应
变为 0.28% 和 42%。
图 1 3 个配方的流变曲线
图 2 为橡胶交联和白炭黑聚集对焦烧时间判断的
2 结果与讨论
影响，传统的使用门尼机和流变仪，都是使用模量上
表 2 列出了四个配方胶料的门尼黏度和焦烧时间。
升来判断焦烧时间的，而橡胶交联和白炭黑聚集，都
可以发现，无硅烷的配方，门尼黏度较高，这主要是
会导致模量的上升。因此使用传统的方法得到的焦烧
因为白炭黑的分散性变差导致的。另外，更值得关注
时间，不能排除填料聚集的影响，得到的只是 “ 表观
的是，无论在终炼时是否有补充硫磺，无硅烷的配方
焦烧时间 ”。
总是比含 TESPT 的配方有更短的焦烧时间。由于硅烷
为了解决这一问题，我们从 Payne 效应得到启发。
TESPT 中含有硫原子，而这部分硫原子在硫化过程中
payne 效应指的是在填料补强的橡胶中，其弹性模量
会被释放出来。所以含有 TESPT 的配方中的硫总量要
随着应变的增加而下降的现象。在低应变的条件下，
高于无硅烷的配方，但是其却有较长的焦烧时间，这
反应的是填料 - 填料的互相作用。而在高应变下，填
点是用以往的硫化导致焦烧时间缩短的概念无法解释
料网络基本被打开，主要反应的填料 - 橡胶的作用，
的。
和橡胶 - 橡胶的的作用。RPA 不同于流变仪的固定应
表 2 不同配方的门尼黏度和焦烧时间
有 TESPT 无硅烷 无硅烷 + 硫磺 无白炭黑 变，其应变可以试验目的而调整。因此，我们试着使
门尼 (100℃，1+4) 70 98 101 13 用 RPA，观察胶料模量分别在小应变下和大应变下随
焦烧时间 (min,130℃） 13.1 9.5 7.5 15.2
时间的变化，使用的配方为表 3 的三个配方，扫描结
为了寻找含有 TESPT 配方焦烧时间变长的真正 果详见图 3。
原因。图 1 列出了无硅烷配方、含有 TESPT 配方和无

2020 第 46 卷 ·47·
年