高性能天然再生胶在橡胶履带中的应用探讨

1前言

中国是一个橡胶应用大国，橡胶年消耗量居世界第一位：与此同时，中国又是一个橡胶资源严重匮乏的国家，年消耗量的60%需要进口，而且短时间内不会有根本解决方法。各种废橡胶是一种再生资源，在新材料领域中是一个“宝”，废旧橡胶处理得好，便是掘不尽的一座金矿。尤其是在当前橡胶资源紧缺的情况下，废旧橡胶制品的再生利用更具积极意义。自2014年党的四中全会提出“大力发展循环经济，建设节约型社会”以来，中国废旧橡胶的循环利用产业获得了突飞猛进的发展。

然而传统的高温动态脱硫生产再生胶工艺不仅能耗大，对环境的污染更为严重。这种工艺在生产过程中，必须添加多种化工原料，经过高温高压反应会产生多种对人体有严重毒害的废水废气，例如：硫化氢、二氧化硫、煤焦油、苯、甲苯、二甲苯等，同时在生产过程中产生：噪声、粉尘，危害性显而易见，所以这种生产工艺已经被国家明令禁止。

所以我们在大力发展循环利用废旧橡胶材料的同时必须要注意环境保护，采用安全，可靠环保的生产工艺与配合。

再生胶的用途在于代替部分生胶用于生产各种橡胶制品，或用100%再生胶，生产低档橡胶制品，在我国已有几十年的历史，由于再生胶的加工工艺性能优良，价格低廉，它只有生胶价格的三分之一左右，因此，应用广泛，我国每年消耗35万吨以上，不但能降低橡胶制品的成本，还能改善生产工艺性能。

再生胶具有的优点：有良好的塑性，易于生胶和配合剂混合，节省工时，降低动力消耗；收缩性小，能使制品有平滑的表面和准确的尺寸；流动性好，易于制作模压制品；耐老化性好，能改善橡胶制品的耐自然老化性能；硫化速度快，耐焦烧性好。

橡胶履带行业是橡胶用量比较大的领域，另外它也可能采用一些股价材料，对材料的耐用性和安全性的要求相对轮胎行业略低。本文就是采用一种通过环保工艺生产的高强度再生胶并用普通橡胶在履带橡胶材料中使用的实验探讨。

2高性能天然再生胶的制作

不同于传统的再生胶生产，高性能天然再生胶是将废旧橡胶粉碎后添加化学助剂，即复原剂，通过较高的机械剪切力，使原先稳定的碳硫键断裂，并部分置换出游离态的硫，使胶料重新具有可塑性，并能再次硫化。

可以看到这种工艺即不再需要加温，也不需要加水，溶剂等材料，因此整个过程即没有废水产生也没有废气废渣，真正做到了环保生产。

值得注意的是，只要工艺控制得当，配合合理，可以制得有4项优点的再生胶：成本较传统再生胶低廉；强度更加高，且可控性更强；气味较低；没有污染，生产过程中不产生废气，废液，废渣。

3实验

3.1实验材料

STR20天然胶泰国进口；高性能天然再生胶，江苏多肯新材料有限公司；复原剂EDW-3江苏多肯新材料有限公司；N234炭黑卡博特公司；白炭黑 无锡确成硅化学有限公司；实验用的其他原材料均为橡胶履带工业常用材料。

3.2基本配方

a.再生胶检验配方：再生橡胶 300；促进剂 M3；氧化锌 7.5；硫磺 4.5.

b.履带一配方：天然胶 100；N234 40；N550 15；氧化锌 4；硬脂酸 2；TMQ 1.5；微晶蜡 1；6PPD 2；硫磺 1；TBBS 1.5；CTP 0.15；

c.履带二配方：天然胶20；丁苯80；N550 55；N234 5；硬脂酸 0.5；微晶蜡 1；6PPD 2；硫磺 1；TBBS 1.5；CTP 0.15.

3.3工艺流程

3.3.1塑炼

将天然橡胶和再生胶分别塑炼。

3.3.2混炼

按照3.2基本配方称量材料，在密炼机中炼胶，排放温度在140-150℃，然后在开炼机上加硫化体系。

3.4性能测试

按照各项测试标准，将胶料做成标准试片，之后测量各项物理性能。性能测试采用标准为： ASTM D412 《 硫化橡胶和热塑性橡胶拉伸性能的测定》，ASTM D2240-2005(2010)《硫化橡胶邵尔A硬度试验方法》，ASTM D5289-2007a《橡胶用无转子硫化仪测定硫化性能》，ASTM D1630《橡胶磨耗标准》，ASTM D7121-2005《硫化橡胶回弹性的测定》，ASTM D1646-2004《橡胶粘度应力松驰及硫化特性的实验方法》，JY/T021-1996  《高效液相色谱方法通则》，GB/T 13460—2008《再生橡胶》。

3.5主要设备

1.5L密炼机，φ200开放式炼胶机，40T微机控制平板硫化剂，ZWICK邵氏A型橡胶硬度计，ZWICK万能材料试验机，MONTECH MV300门尼粘度计，MONTECH D-MDR3000 无转子橡胶硫化流变仪，GOTECH恒温烘箱，GOTECH AKRON磨耗仪，GOTECH橡胶回弹仪，岛津分析天平。

4结果与讨论

4.1环保天然胶的测试性能

按照天然橡胶的测试标准GB/T13460-2008，把高性能天然再生胶与传统再生胶采用配方3.2.a进行配方并在开炼机上加工做成小样，测试如下表1。

表1  高性能天然再生胶与传统再生胶性能对比

从表1中我们可以看到，高性能天然再生胶的强度要高于普通再生胶，胶料门尼粘度要明显高于普通再生胶，这是因为，普通再生胶的制作过程中大量使用水，溶剂等添加物，而高性能天然再生胶除了一些复原剂以及助剂不再添加其他材料。正是这个原因高性能天然再生胶的硬度更接近普通橡胶履带胎面胶的硬度，而普通再生胶硬度就比较低。

4.2高性能天然再生胶对履带一和履带二的硫化性能的影响

将不同份数的再生胶添加在以天然橡胶为主的履带一配方中（3.2.b）和以合成橡胶为主，且硬度较低的履带二配方中（3.2.b）。首先来看它的硫化性能的影响。

图一  添加再生胶对橡胶履带焦烧性能的影响

图二  添加再生胶对橡胶履带硫化速度的影响

图三  添加再生胶对橡胶履带交联程度的影响

从上图，我们可以看到随着再生胶在橡胶履带中添加份数的增加，焦烧时间会明显减少，交联程度会明显的降低，在硫化速度方面，以天然橡胶为主的履带一胶料的硫化速度影响不大，但以合成胶为主的履带二中，硫化速度影响很大，大大加快了硫化速度。

高性能天然再生胶在生产过程中添加了一定量的促进硫化作用的复原剂，所以在掺用过程中会加快胶料硫化和焦烧的速度。

4.3高性能天然再生胶对履带橡胶材料的物理性能的影响

通过实验4.1我们可以看到高性能天然再生胶的强度在12Mpa左右，要比普通橡胶履带的强度低很多。所以不可避免的添加再生胶会降低橡胶履带的物理性能。那么究竟会是怎么样的一个情况呢？我们通过掺用实验得到如下结果。

图四  添加再生胶对橡胶履带拉伸强度的影响

图五  添加再生胶对橡胶履带硬度的影响

图六  添加再生胶对橡胶履带撕裂强度的影响

图七  添加再生胶对橡胶履带回弹性能的影响

图八  添加再生胶对橡胶履带扯断伸长率的影响

上图我们可以看到添加再生胶后，橡胶履带材料的强度和回弹性能有一定的下降，添加30phr该再生胶，性能下降率在20%左右。但是再生胶的添加基本不影响胎面胶的硬度，撕裂和扯断伸长率性能。由于在化学断链过程中无法达到100%的复原效果，因此再生胶中存在着无法交联的橡胶颗粒，从而降低了胶料的强度和弹性。但20%的下降范围只要配合得到还是可以很好地满足橡胶履带使用要求的。何况，硬度撕裂等性能还是没有很大影响的。

4.4高性能天然再生胶对橡胶履带性能的影响

我们将添加了这种高性能天然再生胶的履带材料胶进行了DMA动态试验，以便在实验室中测试它在橡胶履带中的应用效果。

图九  添加再生胶对橡胶履带动态玻璃化转换温度的影响

图十  添加再生胶对橡胶履带扯动态损耗因子tanδ的影响

从上图可以发现，添加再生胶并不影响履带材料的动态玻璃化转变温度。但对动态损耗因子tanδ有明显影响，会随着再生胶添加量的增加tanδ，特别是以天然橡胶为主的履带一胎面胶的配方中表现较为明显，也就是说随着再生胶添加量的增加橡胶履带胎面胶的滚动阻力增加，滚动生热增加。因此，在履带一中再生胶的使用量应控制在较低的范围内。

4.5高性能天然再生胶在履带一中应用生产成本和性能的比较

在橡胶履带生产过程中应用再生胶的主要目的无非是要降低生产成本，减少资源浪费，因为我们以成本价每公斤15元的履带一胎面胶中添加再生胶后，成本和性能对比做如下图：

图十一添加再生胶对履带性能和成本的影响

由图可以看到，材料的性能和材料的价格是成正比的，随着再生胶添加量的增加胶料的性能也会明显的减少，材料成本也会降低。在这种情况下，一方面要取决于整个材料配合，另一方面更要取决产品的性能需求。

5.总结

近年来，已经出现很多专利，将再生胶应用在轮胎，橡胶履带等橡胶杂件的生产过程中，也出现了一些较好的数据，但由于某些原因很少有企业在使用再生胶的问题上光明正大。但是随着再生胶技术的不断进步，特别是环保精益生产再生胶的发展，性能的提高，这为再生胶在各种橡胶生产中的应用提供了有力的理由。从上文可以看到，在保证正常橡胶履带胎面胶性能要求的基础上，适当的使用高性能天然再生胶，一方面可以得到很好的经济效益，另一方面也可以为环保利于我国的废旧橡胶做出贡献。