橡膠加工助劑是一類(lèi)橡膠配合劑,從功能性方面來(lái)講主要包括潤(rùn)滑劑、分散劑、均化劑、脫模劑和物理增塑劑,從狹義的角度講,主要指對(duì)用于改善混煉操作及混煉膠壓延、壓出、注射等加工性能的加工助劑。
橡膠加工助劑按其化學(xué)成份分類(lèi)分為:
1. 脂肪酸
在脂肪酸中,硬脂酸是用作加工助劑歷史長(zhǎng)的也是橡膠配合中不可缺少的助劑,既可作為硫化促進(jìn)劑,也可作為潤(rùn)滑分散劑和抗炭黑凝結(jié)劑。鑒于對(duì)橡膠硫化性能的影響,除硬脂酸外,其他脂肪酸基本不用。
2. 脂肪酸金屬鹽
通過(guò)將脂肪酸轉(zhuǎn)變成脂肪酸金屬鹽,則其熔點(diǎn)增高,操作性得到改善。
脂肪酸金屬鹽中宜用作固態(tài)橡膠添加劑的有鋅鹽、鈣鹽、鉛鹽、鋇鹽等,其中硬脂酸鋅是其早期的代表品種(主要用作PVC的穩(wěn)定劑)。碳原子數(shù)C15-23的不飽和鍵動(dòng)物油脂肪酸金屬鹽的潤(rùn)滑性較大,但耐熱性不穩(wěn)定,而且對(duì)硫化膠的物理機(jī)械性能有影響(多半會(huì)降低),因此選用時(shí)要注意,用量大時(shí)會(huì)延緩硫化而且會(huì)降低硫化膠的物理機(jī)械性能。
3. 脂肪酸酯
按脂肪酸和醇的種類(lèi)不同可合成多種酯類(lèi)的橡膠加工助劑,因脂肪酸酯是酯的化合物,其化學(xué)性能方面呈中性,對(duì)橡膠硫化無(wú)不良影響,且對(duì)混煉膠的降粘作用較小,同時(shí)可提高填充料的分散性和潤(rùn)滑性,是主要的橡膠加工助劑。
4. 脂肪酸酰胺
脂肪酸酰胺用作PVC的潤(rùn)滑劑有良好的效果,但用于橡膠不但會(huì)影響硫化(焦燒),還會(huì)使硫化膠產(chǎn)生明顯的噴霜現(xiàn)象,故而其應(yīng)用受到限制。
5. 烴類(lèi)加工助劑
烴類(lèi)加工助劑主要有石蠟、精白蠟和凡士林等,前兩個(gè)用作抗臭氧劑的效果要比潤(rùn)滑劑的效果好,該類(lèi)加工助劑的外部潤(rùn)滑作用要比內(nèi)部潤(rùn)滑作用的效果顯著,可提高膠料的壓出、注射等加工性能,但應(yīng)控制用量以免引起噴霜。
6. 復(fù)合型加工助劑
復(fù)合型加工助劑往往是以上二種或二種以上的成分組成的復(fù)配助劑,從考慮操作這一角度出發(fā),還常常包含有填料。復(fù)合型加工助劑雖可認(rèn)為其有加和性,但實(shí)際上其協(xié)同效果并不太大。
加工助劑的作用
1. 潤(rùn)滑劑
潤(rùn)滑劑的作用主要是改善橡膠及其膠料在加壓下的流動(dòng)性,以提高壓出、注射工藝的操作效率,或者降低半成品的不合格率,比如橡膠混煉膠擠出工藝,潤(rùn)滑劑(脂肪酸鋅或脂肪酸酯)的效果比普通增塑劑如DBP要優(yōu)越。再比如氯丁橡膠混煉膠壓出工藝,復(fù)合型的脂肪酸衍生物的潤(rùn)滑效果合適,而且還可改善膠料的輥筒操作性能(通過(guò)對(duì)氯丁橡膠混煉膠防粘效果測(cè)試比較,脂肪酸金屬鹽好于石蠟,而石蠟要好于脂肪酸酯)。
2. 分散劑
脂肪酸金屬鹽或脂肪酸酯可促進(jìn)炭黑等填充劑在橡膠中的分散性是眾所周知的,尤其是分散劑成份為特種不飽和脂肪酸金屬鹽在添加到含炭黑的丁SBR膠料中,加入3份時(shí)分散效果就已明顯。此外,脂肪酸酯類(lèi)單獨(dú)使用或與環(huán)烷烴操作油并用,其分散性均比單獨(dú)使用操作油的要高??梢詳嘌?,能過(guò)表面活性劑的作用,脂肪酸類(lèi)分散劑被吸附在炭黑粒子上,炭黑粒子聚合體裂碎致使其分散性提高,這是主要原因,另外比如碳酸鈣和氧化鋅等特殊表面處理劑的作用機(jī)理也與此相近。
3. 增塑劑
能使橡膠增塑的方法有三種:化學(xué)增塑法、物理增塑法、機(jī)械增塑法。其中物理增塑劑(也稱(chēng)軟化劑)的增塑作用雖然比化學(xué)增塑劑差得多,但可獲得適宜的可塑度。通過(guò)對(duì)三元乙丙橡膠、氯丁橡膠、天然橡膠炭黑配合膠料添加各種增塑劑的測(cè)試,從降低門(mén)尼粘度的總體效果來(lái)說(shuō),還是復(fù)合型肪酸酸衍生物混合物的效果好,其次是脂肪酸金屬鹽類(lèi)的增塑效果也較好。
4. 防焦劑
這里所提及的防止焦燒(防焦劑)不是像硫化延遲劑那樣對(duì)硫化反應(yīng)進(jìn)行化學(xué)性延遲的助劑,而是指通過(guò)加工助劑的外部和內(nèi)部潤(rùn)滑作用抑制內(nèi)部生熱,發(fā)揮防焦作用的防焦劑。
5. 隔離劑
在混煉和各種成型加工中,混煉膠與加工機(jī)械粘連會(huì)降低操作效率,增加半成品不合格率,從而影響生產(chǎn)效率,為防止膠片或半成品互相粘連,可用粉狀隔離劑覆蓋膠料表面,以達(dá)到防粘的目的。含氯類(lèi)橡膠與金屬 的粘附性強(qiáng),在輥筒上加工較困難,從對(duì)氯丁橡膠炭黑配合膠料的防粘合測(cè)試情況來(lái)看,脂肪酸金屬鹽和脂肪酸酯的效果都不錯(cuò)。
6. 均勻劑
為改善通用二烯類(lèi)橡膠(天然橡膠、丁橡膠、順丁橡膠)的耐臭氧性,常將它與三元乙丙橡膠共用,但是不同膠種間共用存在著膠種相容性、共硫化性和配合劑分散性等問(wèn)題,與單一橡膠相比,并用硫化橡膠的物理機(jī)械性能大都會(huì)降低。添加烴類(lèi)加工助劑可改善比如NR/EPDM并用膠的抗臭氧老化效果。
加工助劑的使用方法
加工助劑對(duì)各種橡膠的作用分別敘述如下:
1. 天然橡膠(NR) 天然橡膠經(jīng)適度塑煉,因其粘彈性較難控制,因此擠出成型時(shí)半成品表面容易產(chǎn)生不光滑問(wèn)題,對(duì)此可添加脂肪酸金屬鹽類(lèi)潤(rùn)滑性較強(qiáng)的加工助劑,該類(lèi)助劑除可改善膠料的擠出性能外,還可獲得增塑效果,且對(duì)硫化膠的物理機(jī)械性能基本無(wú)影響(3-5份為宜)。
2. 丁橡膠(SBR) 丁橡膠配合膠料易生熱、焦燒,使半成品表面不光滑,對(duì)此使用脂肪酸酯類(lèi)加工助劑效果較好?;蛘咧舅峤饘僭睇}也有良好的效果,不影響焦燒時(shí)間,同時(shí)能改善膠料的擠出性能。充油丁橡膠配合膠料擠出過(guò)程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生滑流現(xiàn)象,此時(shí)需添加增粘劑。
3. 橡膠(NBR) 橡膠的SP值為9.6-10.3,比一般二烯類(lèi)橡膠的高,因此不能使用天然橡膠、丁橡膠等采用的橡膠軟化劑,橡膠高溫混煉時(shí)容易產(chǎn)生凝膠現(xiàn)象,加之?dāng)D出加工時(shí)生熱大,因此需要添加防焦劑(脂肪酸酯類(lèi)),但應(yīng)控制用量在5份以下,因?yàn)樵擃?lèi)助劑用量過(guò)多時(shí)會(huì)出現(xiàn)硫化后噴霜現(xiàn)象。
4. 氯丁橡膠(CR) 氯丁橡膠與天然橡膠不同,其彈性相處于低溫區(qū)域(70-80攝氏度),因此需低溫混煉。氯丁橡膠變軟后容易粘輥,為便于操作,擬使用復(fù)合型加工助劑脂肪酸衍生物混和物理想,通過(guò)試驗(yàn)得知配合加工助劑的膠料的擠出性、伽維口型得分以及在模型內(nèi)的流動(dòng)性均良好。
5. 丁基橡膠(IIR) 丁基橡膠彈性差,擠出成型狀況也類(lèi)似于塑料,添加軟化劑時(shí)作用相反,需要增強(qiáng)其挺性。為排除氣泡,膠料壓延需進(jìn)行高溫操作,而作為此時(shí)的防粘加工助劑,脂肪酸金屬鹽類(lèi)或酯類(lèi)、低分子量聚乙烯效果顯示均良好。添加脂肪酸酯類(lèi)加工助劑時(shí),添加量3份為宜,也不影響丁基橡膠硫化膠的物理機(jī)械性能。
6. 三元乙丙橡膠(EPDM) 膠料的加工性能通過(guò)使用軟化劑可在某種程度上得到解決,但對(duì)于三元乙丙橡膠而言,因其粘附性差,必須使用增粘劑。對(duì)于電線等低填充配合的三元乙丙橡膠制品,需要使用對(duì)改善表面起明顯效果的脂肪酸金屬鹽類(lèi)和脂肪酸酯類(lèi)加工助劑。
7. 氯磺化聚乙烯(CSM) 脂肪酸金屬鹽類(lèi)對(duì)于改善氯磺化聚乙烯配合膠料的混煉、擠出加工性能效果不錯(cuò),添加量1-2份為宜,過(guò)多會(huì)降低硫化膠的物理機(jī)械性能。
8. 氯醚橡膠(CO,ECO) 氯醚橡膠的輥筒操作性能差,一般要用脂肪酸對(duì)其進(jìn)行改善,氯醚橡膠配合膠料的抗擠出性能(主要為擠出速度)也較差,對(duì)此將脂肪酸與脂肪酸酯類(lèi)加工助劑進(jìn)行并用可獲得良好效果。
9. 丙烯酸酯橡膠(ACM) 丙烯酸酯橡膠和氯醚橡膠一樣,脂肪酸酯類(lèi)加工助劑能有效改善其輥筒操作性能和壓出性能。