橡胶制品常用助剂类型及其性能

 

    橡胶硫化体系助剂， 包括硫化剂、促进剂、活性剂和防焦剂等。所谓橡胶的硫化就是把具有塑性的胶料转变成为弹性的硫化胶的过程。即橡胶分子链在化学或物理因素的作用下产生化学交联作用， 变成为空间网状结构。凡能引起橡胶产生交联作用的化学药品就都可称之为硫化剂， 其中硫磺是最常用的一种。用纯硫硫化的硫化胶其交联效率低， 而且其交联密度也很低， 物理机械性能也差。所以胶料配合中一般很少单纯使用纯硫体系， 而采用一些有机多硫化物， 常用的品种有DCP、DTBP 等。这些硫化剂的使用都使胶料具有一些优良的特殊性能， 比如耐热性、耐老化性等， 另外还采用一些合成树脂类物质， 其代号均为商品名称。

 

    凡能增加促进剂的活性， 提高硫化效率， 改善硫化胶性能的化学药品， 均称为活性剂， 常用的有氧化锌、氧化镁、氧化钙、硬脂酸等。为了防止胶料在加工过程中出现早期硫化现象（ 焦烧）， 常常需要加入一些能抑制产生早期硫化的化学药品， 即防焦剂， 但由于它的加入， 会使硫化速度减慢， 硫化胶性能变坏， 再加上价格昂贵，所以一般情况下很少使用。

 

    硫化促进剂能缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫磺用量（简称促进剂）。噻唑类及次磺酰胺类是促进剂的主体， 约占其总量的70％～75％。尚有能提高有机促进剂活性的物质， 称作硫化活性剂， 即促进助剂。最广泛采用的是氧化锌， 用量3～5 份。防止或延缓胶料在硫化前的加工和停放过程中发生早期硫化（焦烧） 的物质， 称作硫化延缓剂， 即防焦剂。防焦剂的研究工作现在仍很活跃。使用多元醇硫化体系要求促进剂既要求混炼和加工阶段有较好焦烧性能， 又要具有较快的硫化速率。抗硫化返原剂是国内外最新的一类助剂， 专门用来提高硫化橡胶的抗硫化返原性。

 

    2 ·橡胶防护体系助剂

 

    橡胶防护体系助剂包括抗氧剂、抗臭氧剂、抗屈挠龟裂剂、光稳定剂、紫外光吸收剂、有害金属抑制剂、物理防老剂、防白蚁剂、防霉剂等。主要是防老剂和阻燃剂， 防老剂主要有胺类、酚类、杂环类、亚磷酸酯类、防护蜡等。橡胶或橡胶制品在加工、储存和使用的过程中， 由于受到各种外界因素的作用， 而逐步失去原有的优良性能， 以致最后丧失了使用价值， 这种现象称之为橡胶的老化。通常导致橡胶老化的因素主要有：热氧的作用、臭氧的作用、金属离子的作用、光的作用、机械力的作用等。

 

    为了防止橡胶的老化变质， 胶料中通常都要加入适量的防老剂， 因此凡是能起抑制橡胶老化作用的化学药品都称为防老剂。不同品种的防老剂其防护机理是不同的， 但总的来讲化学防老剂是防老剂本身参与橡胶分子的反应， 生成一些比较稳定的化学结构， 从而起到抑制或破坏橡胶在外界作用时的氧化裂解反应或者削弱氧化过程的反映程度， 而起到防止老化的作用， 物理防老剂的加入会在橡胶表面形成一种保护薄膜， 从而避免了与氧和臭氧的接触， 其本身并不参与化学反应。

 

    3· 橡胶工艺操作体系助剂

 

    橡胶工艺操作体系助剂包括塑解剂、增溶剂、增塑剂、软化剂、均匀剂、润滑剂、分散剂、增粘剂、隔离剂、脱模剂等。

 

    橡胶加工助剂主要解决高粘度橡胶材料的成型或模压的基本工艺问题， 以及短时间低能耗高产出的工艺需求。按功用可分为分散助剂： 提高填料分散， 减少混炼时间； 润滑助剂提高胶料流动性， 脱模性； 化学塑解剂通过断链而降低橡胶粘度； 物理塑解剂： 通过内润滑而减少橡胶粘度，改善后续工艺操作性； 均匀剂提高不同胶种共混的均匀性； 增粘剂提高生胶自秸性； 增塑剂配合特殊环境下的产品性能； 硫磺制剂易于使用， 均匀分散， 避免喷霜； 脱模剂提高产品脱模性； 洗模胶延长模具寿命， 减少闲置时间。橡胶加工工艺助剂可以增加经济效益， 应用橡胶加工工艺助剂后， 同等作业量下可以减少灌炼和挤出等工艺过程的作业时间。提高了单位时间内的产出； 使加工工艺稳定， 产品合格率提高； 使产品的外观，内在质量改善， 提高了产品的档次， 优质才能优价。近年来， 随着橡胶加工工艺助剂用量的不断增加， 工艺助剂行业也取得了长足发展。规模效益及市场竞争的结果带来工艺助剂的价格大幅度降低， 从另一个侧面为橡胶加工工艺助剂的应用带来可能。橡胶加工工艺助剂可以改善橡胶加工工艺， 提高产品品质， 使“高品质、低成本、高产出” 的橡胶加工目标成为可能； 对企业的经济效益会有较大的提高。

 

    4· 橡胶补强填充体系助剂

 

    在橡胶加工中， 补强剂和填充剂形成一个体系， 总称为填料。意思就是， 填充橡胶分子间空隙的材料。在橡胶中加入一种物质后， 使硫化胶的耐磨性、抗撕裂强度、拉伸强度、模量、抗溶胀性等性能获得较大提高。凡具有这种作用的物质称为补强剂。填料是橡胶工业的主要原料之一，属粉体材料。填料用量相当大， 几乎与橡胶本身用量相当。含有填料的橡胶是一种多相材料。填料能赋与橡胶许多宝贵的性能。例如， 大幅度提高橡胶的力学性能， 使橡胶具有磁性、导电性、阻燃性、彩色等特殊的性能， 使橡胶具有好的加工性能， 降低成本等作用。在橡胶中加入一种物质后， 能够增大橡胶的体积， 降低橡胶制品的成本， 改善加工工艺性能， 而又不明显影响橡胶制品性能的行为。凡具有这种能力的物质称之为填充剂。最常用的填充剂主要是无机填料， 如陶土、碳酸钙、滑石粉、硅铝炭黑等。许多无机填料主要来源于矿物， 价格较低， 它们的应用范围也越来越广泛。在橡胶工业中它们的用量几乎达到了与炭黑相当的程度。

 

    按填料在橡胶中的作用可分为补强性， 填充和增容性填料， 前者主要作用是提高橡胶制品的物理机械性能， 称为补强剂， 如炭黑等， 后者主要作用是增加橡胶的容积， 降低含胶率， 降低成本， 称填充剂或增容剂。常用品种有： 超耐磨炉黑、中超耐磨炭黑、高耐磨炉黑， 通常炉黑。橡胶工业习惯把补强作用的炭黑等称为补强剂， 把基本无补强作用的无机填料称为填充剂。炭黑耗量约占橡胶耗量的一半。新工艺炭黑的聚集体较均匀， 分布较窄， 着色强度比传统的高十几个单位， 形态较开放。表面较光滑， 表面焦油物质较多， 新工艺炭黑很快地在大范围内应用。

 

    5· 橡胶粘合体系助剂

 

    橡胶制品中无骨架材料的软橡胶制品并不多，绝大多数是能够承受高负载、高频运动且高温疲劳性好、使用寿命长的骨架材料增强复合橡胶制品， 如汽车的轮胎、发动机橡胶减震件、车体吸震橡胶件、主销悬挂橡胶件、弹性联轴节、自紧式橡胶轴封、摩擦橡胶轴承、扭转橡胶轴承、胶管和胶带等都是钢丝、钢、纤维织品和帘线增强的橡胶制品。由于现代橡胶－骨架材料复合制品的使用条件非常苛刻， 不仅要求制品性能达到常规使用要求和技术标准， 还要适应一些超出常规的需要， 如发展中国家对载重汽车的高速和超载需求， 给轮胎的使用寿命和安全性带来了超常规的技术要求。

 

    近年来随着汽车制造业与交通运输业特别是高速公路的迅猛发展以及节约能源的要求， 子午线轮胎正以其卓越的技术性能与经济效益而成为传统斜交轮胎的更新换代产品。而钢丝带束层的质量是保证钢丝子午胎使用性能的关键。为了使子午胎具有良好的使用性能和较长的使用寿命，必须使钢丝帘线与橡胶之间不仅在静态、常温下具有良好的粘合强度， 而且在动态、高温下和老化后仍应具有良好的粘合强度保持率。因此， 橡胶与金属之间粘合的研究、橡胶粘合促进剂的更新与开发是一项具有重要实际意义的课题。

 

    胶粘剂通常是由粘料（橡胶、树脂）、固化剂、稀释剂或其它助剂配制成的混合物， 其中粘料是主要成分。如果所用粘料中的橡胶和树脂具有反应活性， 称作反应型胶粘剂， 如反应型丁腈橡胶胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂等。与之相反， 所用粘料中的橡胶和树脂不能具有反应活性， 则称作非反应型胶粘剂。胶粘剂通常采用喷、涂、贴等工艺达到粘合目的。在两材料表面之间形成以粘料为主要成分的中间粘合层是胶粘剂粘合作用的重要特征。在轮胎、输送带、胶管等橡胶制品加工中， 要配加一种或多种具有反应活性的化学物质， 该温度在硫化温度下可以发生橡胶与纤维织物或钢丝骨架材料的化学键合。这类化学物质就是键合剂， 习惯上称为粘合剂。由于这类粘合剂是在混炼胶料时随着其它助剂一起加入胶料中，因此又称为添加型直接粘合剂。这种键合型粘合剂， 在产生结合的两个材料的表面上不存在以粘合剂为主成分的中间层， 只存在着粘合剂成分经反应生成新物质并在橡胶与骨架材料之间形成的化学键和特征。

 

    橡胶粘合体系助剂包括间－甲－白体系和钴盐体系粘合剂和胶粘剂。主要有间－甲－白体系、钴盐粘合增进剂、三嗪类粘合剂、浸渍粘合剂和胶粘剂。近年来， 随着汽车制造业的迅猛发展， 传统的斜交轮胎正逐步被性能优越的子午线轮胎所代替， 而当今国际上生产的子午线轮胎的骨架材料基本上都采用全钢丝或半钢丝， 如西欧钢丝帘线占轮胎帘线的79％。钢丝带束层的质量是保证子午线轮胎使用性能的关键， 子午线轮胎的生产实践表明， 钢丝帘线与橡胶之间具有良好的初始粘合性能， 尚不能保证轮胎的使用性能与使用寿命， 还要求在老化和腐蚀后橡胶与钢丝仍具有较高的粘合保持率。在橡胶中加入橡胶粘合促进剂，可在不同程度上改善橡胶与钢丝帘线间的粘合性能， 因而橡胶粘合促进剂已成为子午线轮胎生产中不可缺少的组分。

 

    6· 橡胶其它特殊助剂

 

    为了增加胶料强度、硬度、降低伸长率， 改善耐磨、耐热、耐撕裂性能， 常用使用MT 炭黑（中粒子热裂解炉黑） 作为补强剂， 一般用量为20 份， 当然也可以添加氟化钙、碳酸钙、高分散性硫酸钡等， 混合使用作为补强剂。加入低相对分子质量聚乙烯作为脱模剂使用。橡胶其它特殊助剂， 包括着色剂、发泡剂、消泡剂、增稠剂、膏化剂、湿润剂、乳化剂、稳定剂、凝固剂、热敏剂、抗蹼剂、防腐剂、保存剂、阻燃剂等。凡加入到橡胶胶料用以改变制品颜色为目的的物质通称为着色剂。大多数橡胶产品着色为黑色、灰色或是白色。这些都是非彩色颜色。此外， 还有彩色颜色， 包括如红色、蓝色、黄色、绿色、棕色、粉红色等彩色。橡胶产品不仅可以通过各色颜料混合物来进行着色， 也可以使用一些非主流色的特定颜料如橘红色、绿色和粉红色来进行着色。混料着色是目前彩色橡胶制品着色的主要方法。橡胶着色赋予产品以美观的外表及对橡胶制品起防护作用。若着色适当时， 也能吸收某些光线而提高制品的耐老化性能。

 

    橡胶着色剂的选择除考虑着色鲜艳、耐晒性、耐久性、透明性外， 还需注意以下几点： （1） 必须具备一定的耐热性， 除少量低温硫化橡胶制品外， 绝大多数制品需在110～170 ℃下经一定时间加热硫化， 此时着色剂应不变色； （2） 对硫磺和其它配合剂（如促进剂、防老剂、软化剂等） 稳定性良好， 着色剂不应与这些配合剂反应而使制品变色； （3） 着色力及掩盖力强， 以减少着色剂的用量； （4） 对橡胶制品的性能（如物理机械性能及老化性能） 不应有不良影响； （5） 必须注意有害金属的含量； （6） 在橡胶中的迁移性能、在水和溶剂中的渗色性能及对织物或邻近物质的污染性能良好； （7） 易均匀分散， 以提高工效， 并使胶料色泽均匀一致； （8） 细度一般要求100 目筛选全过； （9） 与食品和人体接触的橡胶制品使用的着色剂必须无毒。此外， 还须考虑胶料本身对着色剂的要求， 如用于氯丁橡胶的着色剂必须具有一定的耐酸性。一般着色剂上述几种性能并非全部合乎理想， 也非所有橡胶制品对着色剂各种性能的要求都同样苛刻， 在具体使用中应根据制品的实际情况加以适当选择。

 

    7 ·结束语

 

    常见汽车轮胎与地面摩擦的噪声也是一种环境污染， 从根本上来说还是要改进轮胎的结构及橡胶的配方， 当然也离不开橡胶助剂。目前， 橡胶助剂处于稳定时期， 硫化促进剂和防老剂两类主要有机助剂的产量大约为生胶消耗量的4％。我国橡胶助剂行业要加大科技投入， 努力创新积极开发出适合我国轮胎工业发展的新型橡胶助剂。轮胎企业、橡胶助剂企业及橡胶研究院所联手合作， 走共同开发的路子， 尽快缩短我国橡胶助剂和国外橡胶助剂的差距。我国的橡胶助剂必须具备高科技的含量才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。