溶聚丁苯橡胶与乳聚丁苯橡胶基本性能的对比研究

摘要：本文对比研究了乳聚丁苯橡胶ESBR 1712、ESBR1721、ESBR1502和溶聚丁苯橡胶SSBR 2438生胶和硫化胶的基本性能。结果表明，ESBR 1502的焦烧时间最短；ESBR 1721的硫化时间长，拉伸强度和撕裂强度较高；SSBR 2438的焦烧时间长，操作安全性能好，耐热空气老化性能和耐磨性能较优，回弹性较低。

关键词：溶聚丁苯橡胶；乳聚丁苯橡胶；热空气老化

Abstract： The basic properties of emulsion-polymerized styrene butadiene rubber ESBR 1712， ESBR1721， ESBR1502 and solution-polymerized styrene butadiene rubber SSBR 2438 raw rubber and vulcanized rubber were compared in this paper. The results show that ESBR 1502 has the shortest scorch time. ESBR 1721 has longer curing time， higher tensile strength and tear strength. SSBR 2438 has the advantages of long scorch time， good operation safety， good heat resistance air aging and wear resistance， and low resilience.

Keywords： Solution-polymerized styrene butadiene rubber； Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber； Hot air aging

丁苯橡胶（SBR）是最大的通用合成橡胶之一，按合成方法分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR），传统的乳聚丁苯橡胶（ESBR）抗湿滑性能好，生产成本低、加工性能优异，但滞后损失大，硫化胶生热高，而充油乳聚丁苯橡胶由于采用了大量成本低廉的填充油，故其生产成本低，生热和滞后损失小，同时改善橡胶的混炼工艺，能耗降低。溶聚丁苯橡胶（SSBR）分子量分布窄，耐磨性优异，生热低，而且兼具了抗湿滑性好和滚动阻力低的优点，所以发展速度快于乳聚丁苯橡胶，但是生产成本较高，因此在今后的一段时期内市场上仍以ESBR占主导地位。

本文通过研究对比不同聚合方法下的丁苯橡胶与天然橡胶并用时的性能，以期为丁苯橡胶的高性能研究提供参考。

1实验部分

1.1主要原材料

丁苯橡胶ESBR 1712：中石油兰州石化有限公司；丁苯橡胶ESBR 1721：中国石化齐鲁股份有限公司；丁苯橡胶ESBR 1502：中石油兰州石化有限公司；丁苯橡胶SSBR 2438：德国朗盛公司。5#标准胶：泰国进口天然胶。其他助剂均为市售常用材料。

基本配方（质量份）：5#标准胶，60；丁苯橡胶，40，牌号见论文；氧化锌，5；硬脂酸，1.5；硫磺，0.75；促进剂TMTD，0.25；促进剂MBTS，1；促进剂CBS，1.5；防老剂4010NA，2；防老剂丁，2；通用炭黑N660，25；喷雾炭黑，30；机油，5。

1.2主要仪器

双辊开炼机：XKL-160，上海双翼橡塑机械股份有限公司；平板硫化机：XLB-D（450×450×3）电热平板，湖州宏桥橡胶机械有限公司；拉力机：AGS-X10KN电子拉力试验机，日本岛津公司；测厚仪：JSC-10手提式测厚仪，江都市精艺试验机械有限公司；硬度计：LX-A邵尔A硬度计，上海市轻工业局标准计量管理所试验工厂；硫化仪：GT-M2000A型无转子硫化仪，台湾高铁科技有限公司；阿克隆磨耗机，高铁检测仪器有限公司。

1.3试样制备

在前辊45±5℃，后辊40±5℃下将开炼机辊距调至最低，对5#标准胶进行一段塑炼5遍。然后在前辊40±5℃，后辊45±5℃下将丁苯橡胶进行薄通压合后加入5#标准胶压合均匀，再依次加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、软化剂、硫化剂和促进剂，打卷数个，三角包三个，薄通三次，待其混炼均匀后，放大辊距，出片。

将胶片放入预热好的模具中，再将模具迅速放入平板硫化机上，硫化温度151℃，压力6MPa，硫化15min后（压缩永久变形的试样应硫化20min）卸模，停放16h后，根据标准规定用裁刀机制成所需的试样，再进行相关性能的测试。

1.4性能测试

硫化特性按GB/T 9869测试；拉伸强度测试按GB/T 528测试试样的拉伸强度、断裂伸长率，拉伸速率为500mm/min；撕裂性能按GB/T 529测试（直角形试样）；硬度测试，邵尔A硬度按GB/T 531测试；热空气老化性能按GB/T 3512测试；耐液体性能按GB/T 1690-2006测试；压缩永久变形按GB/T 7759测试；耐磨性能按GB/T 1689测试；回弹性按GB/T 1681测试。

2结果与讨论

2.1丁苯橡胶的基本性能

ESBR 1712和ESBR1721是充油量为37.5%的充油乳聚丁苯胶，即每100份聚合物基础胶中充油37.5%，在四种配方中丁苯橡胶聚合物用量都为40份的情况下，则充油ESBR 1712和ESBR 1721的用量应该都是55份，如表1所示。

四种丁苯橡胶的苯乙烯含量、丁二烯中的1，2-结构和1，4-结构的含量存在差异，聚合物链的微观结构不同，则表现出的橡胶在各项性能方面也不同。

2.2硫化特性

由表2可以看出，ESBR 1712硫化胶的扭矩升值（MH-ML）最大，表明ESBR 1712硫化胶的交联密度最大。SSBR 2438胶料的焦烧时间最长，有较好的操作安全性，硫化时间短，硫化速度快，ESBR 1502的焦烧时间最短，ESBR 1721的硫化时间最长，硫化速度慢，这可能是因为丁苯橡胶聚合物链的微观结构差异造成的，由于丁二烯中1，4-结构和1，2-结构含量的不同导致，因为1，2-结构属于典型的烯丙基结构，具有较高的活性，引发速度快，反应速度慢[1]，由表1中可以看出，ESBR1721的1，4-结构含量最高，则硫化胶的硫化时间最长，这说明微观结构的差异对硫化速度有一定的影响。

2.3丁苯橡胶类型对物理性能的影响

表3是不同丁苯橡胶在151℃的硫化温度下硫化15分钟后的常规物理性能从表3中可以看出在相同的硫化条件下，ESBR 1721在三种乳聚丁苯橡胶的拉伸强度最大，这可能是因为ESBR 1721的苯乙烯含量高（40%），表现出的聚合物链玻璃化温度（Tg）高，模量较高，所以硫化胶的拉伸强度高、硬度高。苯乙烯含量相同的ESBR 1712和ESBR1502的拉伸强度存在差异，这主要是因为聚合物大分子在受到外力作用时发生取向，取向程度高、分子间作用力强，则拉伸强度高，ESBR 1502分子链中的乙烯基含量高，分子链间距离大，排列松散，分子作用力小，在外力作用下容易产生分子间滑移，拉伸时容易产生裂缝，导致拉伸强度降低。ESBR 1712硫化胶的撕裂强度较高，这可能与交联密度有关系，在一定范围内，交联密度高的撕裂强度大。而SSBR 2438的拉伸强度和扯断伸长率均较小[2]。

2.4丁苯橡胶类型对热空气老化性能的影响

将丁苯橡胶在100℃的热空气下老化24小时后，其物理性能的变化如表4所示。其中SSBR的耐热空气老化性能最好，拉伸强度和扯断伸长率的变化率最小，由于ESBR和SSBR在聚合方法上存在差异，所以二者分子链中的苯乙烯含量、1，2-结构、1，4-结构的微观构型存在明显不同，SSBR的分子链分布较窄，橡胶加工性能好。SSBR 2438的乙烯基含量高，侧链双键的活性比主链双键的低，耐老化性能好，性能变化率小[3]。从硬度的变化可以看出，热空气老化后，硫化胶的硬度均呈现增大现象，这主要是因为丁苯橡胶的老化以交联为主，随着老化时间延长，硫化胶的交联程度增大，所以硬度有所提高。

2.5丁苯橡胶类型对恒定压缩永久变形的影响

由表5可以看出，常温下经压缩永久变形试验72小时后，ESBR1712的变形最小，这是因为ESBR 1712硫化胶的交联密度最大，在外力作用下发生变形后能够回复形变，塑性变形量小[4]。在高温70℃下压缩24小时后，SSBR 2438的压缩永久变形与常温相比，结果变化不大，这也从另一个角度说明了SSBR 2438耐热空气老化性能较好。

2.6丁苯橡胶类型对胶料耐磨性的影响

表6是四种丁苯橡胶的阿克隆磨耗试验的结果，由表6可知，SSBR的耐磨耗性优于ESBR，这与聚合物的分子链微观结构及分子量的大小有关系[5]，ESBR的分子量小，分子链支化程度高。ESBR 1712的耐磨性优于ESBR 1721，这是因为ESBR 1712的结合苯乙烯含量比ESBR 1721的高，分子链的刚性大，耐磨性下降，而ESBR 1712的磨耗量高于ESBR 1502，是因为ESBR 1712是充油丁苯橡胶，软化剂的加入会降低耐磨耗性。

2.7丁苯橡胶类型对胶料回弹性的影响

表7是不同丁苯橡胶对硫化胶回弹性的影响，ESBR1502的回弹性最好，这主要是因为ESBR 1502相较于充油丁苯胶ESBR 1712和ESBR 1721，软化剂的加入会降低聚合物橡胶成分，从而弹性降低。而ESBR 1712的回弹性比ESBR 1721的低，这可能是因为ESBR 1712硫化胶的交联密度大，但是过度交联会阻碍分子链的活动，致使弹性下降。SSBR 2438的回弹性最小，这是因为SSBR 2438的苯乙烯含量和丁二烯结构中的1，2-结构含量高，而苯乙烯含量和1，2-结构含量上升导致聚合物链的刚性增加，Tg上升，弹性下降。

3结论

1）SSBR 2438硫化胶的焦烧时间最长，有较好的操作安全性，硫化速度快，ESBR 1721的硫化时间最长，硫化速度慢。

2）ESBR 1721硫化胶的拉伸强度最大，撕裂强度高，SSBR 2438的拉伸强度和扯断伸长率均较小，而其耐老化性能较好，性能保持率高，高温下的压缩永久变形相较于常温下的结果变化不大。

3）SSBR 2438的耐磨耗性相比于ESBR较好，而回弹性最小。

参考文献：

[1] 牟守勇， 姜萍， 孙雪红等. 硫化体系对溶聚丁苯橡胶T2000R基本性能的影响[J]. 弹性体，2009， 19（3）： 45～48.

[2] 李文东， 耿新亭， 聂万江等. SSBR基本性能的研究[J]. 轮胎工业，2011， 31（8）： 473～480.

[3] 孙举涛， 曲丽， 王威等. 热空气老化对丁苯橡胶磨耗性能的影响[J]. 特种橡胶制品，2011， 32（6）： 1～4.

[4] 邰峰， 张新军， 马维德等. 环保填充油对丁苯橡胶性能的影响[J]. 橡胶工业，2012， 59（8）： 473～477.

[5] 马建华， 吴友平. 炭黑与白炭黑补强溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶胎面胶性能的对比研究[J]. 橡胶工业， 2012， 59（2）： 84～90.

作者简介：乐佩（1989-），陕西富平人，工程师，主要从事橡胶配方设计及制品工艺研究，E-mail： yuepei514@163.com; 王永昌（1965-），陕西临潼人，高级工程师，主要从事橡胶配方设计。