改善充油EPDM胶料中碳黑分散的方法
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改善充油EPDM胶料中炭黑分散的方法 7- ; {、 D厂 sakak a 著 译 书 a k.J A 似 ; 摘耍车文考察了在不同炭黑品种和充油tTE PDM肢料中炭黑的分散性,然后提供了改 善胶料中炭黑分散的各种方法。 充神以改进腔料的加工性,台降低腔料的牯度和胶辩中炭黑分散混炼时的剪切应力。在谒炼操 作过程中将加油时闻推迟剐接 ̄,BIT(炭黑混入时间)可以提高炭是的分散。在较高炭暴填充量和 /或使用高结构炭黑(即松散的腔辑)时,把炭黑分成两次添加和在第二次加入炭黑时加入垒部油的 方法是行之有效的。另外,降低炭黑颗粒硬度(剐低于约392mN)就大大改进炭黑的分散。这些 方法非常有效,特别是对分散率相当低的大比表面积和/或低结构炭黑更是如此。 l 引言 炭黑分散是橡胶与炭黑混炼时最困难和 最重要的问题。炭黑的分散率依赖于炭黑品 种和聚合物的综合作用。EPDM橡胶(具有 高分子量和低加工性)广泛用于工程/工业 制品中,它需要大量的操作油来改进其加工 性,因而导致炭黑分散恶化 在本研究中. 考察了各种炭黑在免油EPDM胶料中的分散 性,并且提出敬善难分散炭黑填充胶辑中炭 黑分数的各种方法和配方。 · 2实验部分 使用B型班伯里密炼机(容量1.8L),试 验了从SRF到HAF等各种不同结构的炭黑。 垒部胶料的配台和混炼条件都以ASTMD 3568—95No.1配方为基础。某些混炼条件(侧 如传统法和逆混法)和凝黑/油量根据实验 作了适当变动。梭验了利用改变的混炼程序 来改善炭黑分散的方法,并考察了炭黑颗靛 性能对分散的影响。 用ASTM D2663—95a测试法B测量了分 散度 8结果与讨论 3.1炭黑品种对炭黑分散的影响 图1示出相同混炼条件不同N:SA(20、 40、60m /g)和DBPA(70、100、135、 1 60ml/100gCB)的12种样品炭黑的分散。 混炼条件 B型现佰里密琼机(1.8L) 常规方法 转子速度 60/51rpm 填充系数0.6 柱塞压力0.4 9MPa 起始温度 8c℃ 炼时间 3 30 配 方 EPDM 1 O0 炭黑 8 石蜡油 50 ZnO 5 硬脂酸 1.0 硫磺 1.5 TMTD 10 MBT 0
5 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期 炭黑工业 100 95 手 90 譬e5 80 75 } ~ 、 & :70 J i 0 30 50 70 90. N 2SA(m‘ g 圈1软质炭黑分散与NtSA@=DBPA ̄关系 在结构恒定时增加比表面积和在比表 积恒定时减少结构都可降低炭黑的分散度。 较大比表面积的炭黑其分散难魔教太。 造成上述结果韵理由是较犬忧表面积和 较低结构的炭黑其有相当低的分散性,因为 此表面积较大导《内聚力增大, 而结构较低 使得剪切应力减小。 3.2油填充量对碳黑分散的影响 通常,加入操作油是为了黼胶料的加 工性。但是,加油会降低胶料的粘度,从f 使得混炼剪切应力下降,导致炭黑分散变 差。在混炼过程中,加入油与炭黑时,由于 亲和性的缘故,更容易镀炭黑而不是聚合物 吸附。吸附了油的炭黑颗粒会增强其内聚 性,而减低其分散苹。图2表明了具有不同 DBPA(70,115、160ml/1 00g)的FEF发 黑和填充量下的分散(以ASTM配方为基 础)。 琨炼条I}=I , . B型班伯 密炼机(1.I8L) 常规方法 转子速度 60/sl rpm A充系数0.6 柱塞压力0.4 9 MPa 起始温度 8O℃ 混炼时间 1 30 名 《 岳; 配方 EPDM . 炭黑 石蜡油 ZnO 硫磺 硬脂酸 TMTD MBT 100 60 40 0 20 40 60 80 100 油填 L 0}Ir 图2不同DBPA4 ̄况下油填充对炭 黑分散的影响 如果是低结构或常规结构炭黑,吸收了 超过一定数量的过剩油直到极限值(低结构 为50份,常规结构为7O份)的炭黑试样可通 过降低内聚力来增加分散性。高结构炭黑因 为没有达到其吸收极 值(闭为它 j自 吸油 位非常高),当充油量从1o份增大到70份时 其分散率降低。 t改善炭黑分散的方法 4.I 改进混炼操作程序 通过把炭黑和油分成数次舔加或改变加 油和加炭黑的顺序试验丁8种操作程序。全部 试验都用基于ASTM ̄方恂常规方法进行。 采用不同DBPA随(70、11 5、160ml/100g) 的FEF级炭黑。至于分敞性差舶低结构炭 黑,还采』TI了商炭 ̄/iIil填充睦比(1so/100) ” ∞ I鲫O ~ 5 O O 5 0 m蛐 L二
维普资讯 http://www.cqvip.com 炭黑工业 1998监 配方来考寨填宽高度的影响(见图3)。图 4示出了不同韵D]BPA值的结果。图5示出了 高使用低结构炭黑时对高填充量影响帕结 果。 混炼条件 一 B查斑珀里密炼机(1.8L) 逆混法 . 转子速度 6o/51 rpm 填充系数0.6 : 柱塞压力.0.49 MPa 起始温度80 X3 混炼时橱 ④2 30 l O 配方ASTM l岛填宽 EPDM 1O0 炭黑 8 0,l 。‘ 15G' “蜡油 0 1 00 ZnO 5 硬脂陵 : 1.0 硫磺 1.5 TMTD 10 MBT 05 低结构炭黑与其它结构的炭黑相比,在 八种淀炼操作夯案之褥觳分教羞飘较大。3 号方案e 30秒后l娜1人垒部油.)构分散性最 攫b共欢是嬲}方案(r炭最分莉敬加入0第 DBPA ̄'0 。 ’ 方塞1 方矗2 搬j 方囊● 方囊j 方案6 方寨7 方熏8 o 3O v^厂]I}IH 排 悱科 悻¨ 悱科 目3痢斌的8种混煤程序
混炼程序号 阻墨 高炭黑,油(=15o/lo0)填充 下 炼程序对炭黑分散的影响 - ---贲寨1为基书隐连撼茫. DB只A ll5 DBP&=160 因桂毫受 阻束漓慷 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 漉炼程序号 图l在 ] ̄DBPA值下混炼程睁时炭黑分散的影响 ∞ ∞ ∞ 加 ^
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混炼时间 。 圈6混炼转矩曲线上的扣_由点 能 耧 求 A B C D 油加 点 7在各加油点的炭黑分散 二次加入炭黑后再加入全部油)。但是,如 图5所示,在高炭黑/油填充量时,这种趋势 发生了变化。5号方案的分散性较差,原因 是由于混炼大量无油炭黑造成“松散性”闻 影响,柱塞受阻使油添加推迟了3O秒钟。因 此,5号方案分散最燕。常规结构嵌黑的趋 势与低结构炭黑相同。但是,八种混炼方案 之间得到的分散差异小于使用低结构炭黑的 情形。对于每种混炼方案而言,高绪构炭黑 分散要优于其它类型炭黑,而且八种混炼方 案之间的分散性差异较小。但是,2号方案 和3号方案出于高结构炭黑的栓数性引起柱 塞受阻,其方式与用低结构炭黑时高炭黑/ 油填充量的情形相同。因此,他们不能韧底 混合。 , 另外,试验了图6中混炼转矩曲线上4个 不同点的加入油时间对其分敞性的影响。在 第2个峰值加油的胶料得到的分散最好,但 在第2个峰值后加油,则胶料的分散喃于油 混入时间延迟面下降(图7)。导致该结果 韵原因也许是在混炼转矩曲线的第一峰值 后,断裂的胶料与炭黑混台,转矩由于混炼 继续下去而提高,一直屎持到第2个峰值出 现,随后开始显现粘度稠性。 4.-'z炭黑造粒性偿的影响 炭黑造粒性能对分散率有影响 在反应 炉中生成的炭黑经过造粒以便于处理。通 常,颗粒硬度用粘接剂量来加以控制。县有 足移强度的颗粒能防止运输过程中的破碎 但另一方面,其分散串趋于较低。图8示出 N550炭黑填充EPDM胶料的分散事与颗粒 硬度的关系。当颗粒强度增加到约392mN (按ASTM D3315—95)时,分散率下降相 当小,但超过392ran时,分散事大大下降。 圈9示出了分教率与颗粒尺寸的关系。小颗 粒的分散率较高.但与颗粒硬度影响相比, 颗粒尺寸的影n目几乎可忽略不计。
o 2o0 400 60o 800 1o0o 造糙硬度(ran) 囝8炭黑分散与遣拄硬度的关系 ∞ ∞ ∞ 蚰 ∞ 0
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^基 巡轻皋畦 维普资讯 http://www.cqvip.com 嶷黑工业 1998韭 掌 套 瓤 越 150l 150鹳0 500 1ooo i ? 250 500 1 0∞ 造粒尺寸【 m) 图9炭羔分教与遣枉尺寸的关系 5结语 。 ’ 考察了不同炭黑品种在宽油EPDM ̄料 中嶷黑的分散性,提出了改善分散性的炭黑 分散方珐与配方。 通过本研究,可稃出以下儿点认识 ①小比表面积和高培构炭黑具有良好 的分散性。 ②在某一极限值以下,炭黑的分散性 随充油量增多而降低。相反,当充油量超过 极限值时,分散性随油量增加而提高。 ③改变加油的混炼操作程序可改善分 散性差的炭黑的分散。在混炼转矩曲线出现 第二个峰值(BIT炭黑混入时间)时添加垒 部油分散提高特别显著。在采取高炭黑填充 量和/或使用高结构炭黑对,炭黑分两次加 入和第二次加入炭黑时加入垒部油的方法是 行之有效的。 ④颗粒硬度对炭黑分散有重大影响, 较硬的颗粒(大于392mN)会迅速降低分散 率,因此,为得到易输送性和在橡腔中的易 分散性,造粒建度应控制在392mN以下。 译直 ’97亚太炭黑会袒论文警》 1988..11月份部分地区炭黑参考价(元/吨)
注,括号内为产地 (撩愈摘缡) ∞ s} =g
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