橡膠制品的常用助劑類型及其性能綜述

橡膠助劑引起源于天然橡膠的硫化。經(jīng)過八十多年的研究，直到20世紀(jì)20～30年代，隨著硫化促進(jìn)劑的基本品種2-巰基苯并噻唑及其次磺酰胺衍生物以及對(duì)苯二胺類防老劑的工業(yè)化，橡膠助劑才基本形成體系。目前，橡膠助劑處于穩(wěn)定時(shí)期，硫化促進(jìn)劑和防老劑兩類主要有機(jī)助劑的產(chǎn)量大約為生膠消耗量的 4%。中國(guó)橡膠助劑（指有機(jī)助劑）的生產(chǎn)始于1952年。

1. 橡膠硫化體系助劑
橡膠硫化體系助劑， 包括硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑和防焦劑等。所謂橡膠的硫化就是把具有塑性的膠料轉(zhuǎn)變成為彈性的硫化膠的過程。即橡膠分子鏈在化學(xué)或物理因素的作用下產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)作用， 變成為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。凡能引起橡膠產(chǎn)生交聯(lián)作用的化學(xué)藥品就都可稱之為硫化劑， 其中硫磺是最常用的一種。用純硫硫化的硫化膠其交聯(lián)效率低， 而且其交聯(lián)密度也很低， 物理機(jī)械性能也差。所以膠料配合中一般很少單純使用純硫體系， 而采用一些有機(jī)多硫化物， 常用的品種有DCP、DTBP 等。這些硫化劑的使用都使膠料具有一些優(yōu)良的特殊性能， 比如耐熱性、耐老化性等， 另外還采用一些合成樹脂類物質(zhì)， 其代號(hào)均為商品名稱。
凡能增加促進(jìn)劑的活性， 提高硫化效率， 改善硫化膠性能的化學(xué)藥品， 均稱為活性劑， 常用的有氧化鋅、氧化鎂、氧化鈣、硬脂酸等。為了防止膠料在加工過程中出現(xiàn)早期硫化現(xiàn)象（ 焦燒）， 常常需要加入一些能抑制產(chǎn)生早期硫化的化學(xué)藥品， 即防焦劑， 但由于它的加入， 會(huì)使硫化速度減慢， 硫化膠性能變壞， 再加上價(jià)格昂貴，所以一般情況下很少使用。
硫化促進(jìn)劑能縮短硫化時(shí)間、降低硫化溫度、減少硫磺用量（簡(jiǎn)稱促進(jìn)劑）。噻唑類及次磺酰胺類是促進(jìn)劑的主體， 約占其總量的70％～75％。尚有能提高有機(jī)促進(jìn)劑活性的物質(zhì)， 稱作硫化活性劑， 即促進(jìn)助劑。最廣泛采用的是氧化鋅， 用量3～5 份。防止或延緩膠料在硫化前的加工和停放過程中發(fā)生早期硫化（焦燒） 的物質(zhì)， 稱作硫化延緩劑， 即防焦劑。防焦劑的研究工作現(xiàn)在仍很活躍。使用多元醇硫化體系要求促進(jìn)劑既要求混煉和加工階段有較好焦燒性能， 又要具有較快的硫化速率?？沽蚧翟瓌┦菄?guó)內(nèi)外最新的一類助劑， 專門用來提高硫化橡膠的抗硫化返原性。
2 .橡膠防護(hù)體系助劑
橡膠防護(hù)體系助劑包括抗氧劑、抗臭氧劑、抗屈撓龜裂劑、光穩(wěn)定劑、紫外光吸收劑、有害金屬抑制劑、物理防老劑、防白蟻劑、防霉劑等。主要是防老劑和阻燃劑， 防老劑主要有胺類、酚類、雜環(huán)類、亞磷酸酯類、防護(hù)蠟等。橡膠或橡膠制品在加工、儲(chǔ)存和使用的過程中， 由于受到各種外界因素的作用， 而逐步失去原有的優(yōu)良性能， 以致最后喪失了使用價(jià)值， 這種現(xiàn)象稱之為橡膠的老化。通常導(dǎo)致橡膠老化的因素主要有：熱氧的作用、臭氧的作用、金屬離子的作用、光的作用、機(jī)械力的作用等。
為了防止橡膠的老化變質(zhì)， 膠料中通常都要加入適量的防老劑， 因此凡是能起抑制橡膠老化作用的化學(xué)藥品都稱為防老劑。不同品種的防老劑其防護(hù)機(jī)理是不同的， 但總的來講化學(xué)防老劑是防老劑本身參與橡膠分子的反應(yīng)， 生成一些比較穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)， 從而起到抑制或破壞橡膠在外界作用時(shí)的氧化裂解反應(yīng)或者削弱氧化過程的反映程度， 而起到防止老化的作用， 物理防老劑的加入會(huì)在橡膠表面形成一種保護(hù)薄膜， 從而避免了與氧和臭氧的接觸， 其本身并不參與化學(xué)反應(yīng)。
3. 橡膠工藝操作體系助劑
橡膠工藝操作體系助劑包括塑解劑、增溶劑、增塑劑、軟化劑、均勻劑、潤(rùn)滑劑、分散劑、增粘劑、隔離劑、脫模劑等。
橡膠加工助劑主要解決高粘度橡膠材料的成型或模壓的基本工藝問題， 以及短時(shí)間低能耗高產(chǎn)出的工藝需求。按功用可分為分散助劑： 提高填料分散， 減少混煉時(shí)間； 潤(rùn)滑助劑提高膠料流動(dòng)性， 脫模性； 化學(xué)塑解劑通過斷鏈而降低橡膠粘度； 物理塑解劑： 通過內(nèi)潤(rùn)滑而減少橡膠粘度，改善后續(xù)工藝操作性； 均勻劑提高不同膠種共混的均勻性； 增粘劑提高生膠自秸性； 增塑劑配合特殊環(huán)境下的產(chǎn)品性能； 硫磺制劑易于使用， 均勻分散， 避免噴霜； 脫模劑提高產(chǎn)品脫模性； 洗模膠延長(zhǎng)模具壽命， 減少閑置時(shí)間。橡膠加工工藝助劑可以增加經(jīng)濟(jì)效益， 應(yīng)用橡膠加工工藝助劑后， 同等作業(yè)量下可以減少灌煉和擠出等工藝過程的作業(yè)時(shí)間。提高了單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)出； 使加工工藝穩(wěn)定， 產(chǎn)品合格率提高； 使產(chǎn)品的外觀，內(nèi)在質(zhì)量改善， 提高了產(chǎn)品的檔次， 優(yōu)質(zhì)才能優(yōu)價(jià)。近年來， 隨著橡膠加工工藝助劑用量的不斷增加， 工藝助劑行業(yè)也取得了長(zhǎng)足發(fā)展。規(guī)模效益及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果帶來工藝助劑的價(jià)格大幅度降低， 從另一個(gè)側(cè)面為橡膠加工工藝助劑的應(yīng)用帶來可能。橡膠加工工藝助劑可以改善橡膠加工工藝， 提高產(chǎn)品品質(zhì)， 使“高品質(zhì)、低成本、高產(chǎn)出” 的橡膠加工目標(biāo)成為可能； 對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)有較大的提高。
4.橡膠補(bǔ)強(qiáng)填充體系助劑
在橡膠加工中， 補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑形成一個(gè)體系， 總稱為填料。意思就是， 填充橡膠分子間空隙的材料。在橡膠中加入一種物質(zhì)后， 使硫化膠的耐磨性、抗撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、模量、抗溶脹性等性能獲得較大提高。凡具有這種作用的物質(zhì)稱為補(bǔ)強(qiáng)劑。填料是橡膠工業(yè)的主要原料之一，屬粉體材料。填料用量相當(dāng)大， 幾乎與橡膠本身用量相當(dāng)。含有填料的橡膠是一種多相材料。填料能賦與橡膠許多寶貴的性能。例如， 大幅度提高橡膠的力學(xué)性能， 使橡膠具有磁性、導(dǎo)電性、阻燃性、彩色等特殊的性能， 使橡膠具有好的加工性能， 降低成本等作用。在橡膠中加入一種物質(zhì)后， 能夠增大橡膠的體積， 降低橡膠制品的成本， 改善加工工藝性能， 而又不明顯影響橡膠制品性能的行為。凡具有這種能力的物質(zhì)稱之為填充劑。最常用的填充劑主要是無機(jī)填料， 如陶土、碳酸鈣、滑石粉、硅鋁炭黑等。許多無機(jī)填料主要來源于礦物， 價(jià)格較低， 它們的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。在橡膠工業(yè)中它們的用量幾乎達(dá)到了與炭黑相當(dāng)?shù)某潭取?br> 按填料在橡膠中的作用可分為補(bǔ)強(qiáng)性， 填充和增容性填料， 前者主要作用是提高橡膠制品的物理機(jī)械性能， 稱為補(bǔ)強(qiáng)劑， 如炭黑等， 后者主要作用是增加橡膠的容積， 降低含膠率， 降低成本， 稱填充劑或增容劑。常用品種有： 超耐磨爐黑、中超耐磨炭黑、高耐磨爐黑， 通常爐黑。橡膠工業(yè)習(xí)慣把補(bǔ)強(qiáng)作用的炭黑等稱為補(bǔ)強(qiáng)劑， 把基本無補(bǔ)強(qiáng)作用的無機(jī)填料稱為填充劑。炭黑耗量約占橡膠耗量的一半。新工藝炭黑的聚集體較均勻， 分布較窄， 著色強(qiáng)度比傳統(tǒng)的高十幾個(gè)單位， 形態(tài)較開放。表面較光滑， 表面焦油物質(zhì)較多， 新工藝炭黑很快地在大范圍內(nèi)應(yīng)用。
5.橡膠粘合體系助劑
橡膠制品中無骨架材料的軟橡膠制品并不多，絕大多數(shù)是能夠承受高負(fù)載、高頻運(yùn)動(dòng)且高溫疲勞性好、使用壽命長(zhǎng)的骨架材料增強(qiáng)復(fù)合橡膠制品， 如汽車的輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)橡膠減震件、車體吸震橡膠件、主銷懸掛橡膠件、彈性聯(lián)軸節(jié)、自緊式橡膠軸封、摩擦橡膠軸承、扭轉(zhuǎn)橡膠軸承、膠管和膠帶等都是鋼絲、鋼、纖維織品和簾線增強(qiáng)的橡膠制品。由于現(xiàn)代橡膠－骨架材料復(fù)合制品的使用條件非?？量?， 不僅要求制品性能達(dá)到常規(guī)使用要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 還要適應(yīng)一些超出常規(guī)的需要， 如發(fā)展中國(guó)家對(duì)載重汽車的高速和超載需求， 給輪胎的使用壽命和安全性帶來了超常規(guī)的技術(shù)要求。
近年來隨著汽車制造業(yè)與交通運(yùn)輸業(yè)特別是高速公路的迅猛發(fā)展以及節(jié)約能源的要求， 子午線輪胎正以其卓越的技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)效益而成為傳統(tǒng)斜交輪胎的更新?lián)Q代產(chǎn)品。而鋼絲帶束層的質(zhì)量是保證鋼絲子午胎使用性能的關(guān)鍵。為了使子午胎具有良好的使用性能和較長(zhǎng)的使用壽命，必須使鋼絲簾線與橡膠之間不僅在靜態(tài)、常溫下具有良好的粘合強(qiáng)度， 而且在動(dòng)態(tài)、高溫下和老化后仍應(yīng)具有良好的粘合強(qiáng)度保持率。因此， 橡膠與金屬之間粘合的研究、橡膠粘合促進(jìn)劑的更新與開發(fā)是一項(xiàng)具有重要實(shí)際意義的課題。
膠粘劑通常是由粘料（橡膠、樹脂）、固化劑、稀釋劑或其它助劑配制成的混合物， 其中粘料是主要成分。如果所用粘料中的橡膠和樹脂具有反應(yīng)活性， 稱作反應(yīng)型膠粘劑， 如反應(yīng)型丁腈橡膠膠粘劑、氯丁橡膠膠粘劑等。與之相反， 所用粘料中的橡膠和樹脂不能具有反應(yīng)活性， 則稱作非反應(yīng)型膠粘劑。膠粘劑通常采用噴、涂、貼等工藝達(dá)到粘合目的。在兩材料表面之間形成以粘料為主要成分的中間粘合層是膠粘劑粘合作用的重要特征。在輪胎、輸送帶、膠管等橡膠制品加工中， 要配加一種或多種具有反應(yīng)活性的化學(xué)物質(zhì)， 該溫度在硫化溫度下可以發(fā)生橡膠與纖維織物或鋼絲骨架材料的化學(xué)鍵合。這類化學(xué)物質(zhì)就是鍵合劑， 習(xí)慣上稱為粘合劑。由于這類粘合劑是在混煉膠料時(shí)隨著其它助劑一起加入膠料中，因此又稱為添加型直接粘合劑。這種鍵合型粘合劑， 在產(chǎn)生結(jié)合的兩個(gè)材料的表面上不存在以粘合劑為主成分的中間層， 只存在著粘合劑成分經(jīng)反應(yīng)生成新物質(zhì)并在橡膠與骨架材料之間形成的化學(xué)鍵和特征。
橡膠粘合體系助劑包括間－甲－白體系和鈷鹽體系粘合劑和膠粘劑。主要有間－甲－白體系、鈷鹽粘合增進(jìn)劑、三嗪類粘合劑、浸漬粘合劑和膠粘劑。近年來， 隨著汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展， 傳統(tǒng)的斜交輪胎正逐步被性能優(yōu)越的子午線輪胎所代替， 而當(dāng)今國(guó)際上生產(chǎn)的子午線輪胎的骨架材料基本上都采用全鋼絲或半鋼絲， 如西歐鋼絲簾線占輪胎簾線的79％。鋼絲帶束層的質(zhì)量是保證子午線輪胎使用性能的關(guān)鍵， 子午線輪胎的生產(chǎn)實(shí)踐表明， 鋼絲簾線與橡膠之間具有良好的初始粘合性能， 尚不能保證輪胎的使用性能與使用壽命， 還要求在老化和腐蝕后橡膠與鋼絲仍具有較高的粘合保持率。在橡膠中加入橡膠粘合促進(jìn)劑，可在不同程度上改善橡膠與鋼絲簾線間的粘合性能， 因而橡膠粘合促進(jìn)劑已成為子午線輪胎生產(chǎn)中不可缺少的組分。
6.橡膠其它特殊助劑
為了增加膠料強(qiáng)度、硬度、降低伸長(zhǎng)率， 改善耐磨、耐熱、耐撕裂性能， 常用使用MT 炭黑（中粒子熱裂解爐黑） 作為補(bǔ)強(qiáng)劑， 一般用量為20 份， 當(dāng)然也可以添加氟化鈣、碳酸鈣、高分散性硫酸鋇等， 混合使用作為補(bǔ)強(qiáng)劑。加入低相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯作為脫模劑使用。橡膠其它特殊助劑， 包括著色劑、發(fā)泡劑、消泡劑、增稠劑、膏化劑、濕潤(rùn)劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、凝固劑、熱敏劑、抗蹼劑、防腐劑、保存劑、阻燃劑等。凡加入到橡膠膠料用以改變制品顏色為目的的物質(zhì)通稱為著色劑。大多數(shù)橡膠產(chǎn)品著色為黑色、灰色或是白色。這些都是非彩色顏色。此外， 還有彩色顏色， 包括如紅色、藍(lán)色、黃色、綠色、棕色、粉紅色等彩色。橡膠產(chǎn)品不僅可以通過各色顏料混合物來進(jìn)行著色， 也可以使用一些非主流色的特定顏料如橘紅色、綠色和粉紅色來進(jìn)行著色?；炝现悄壳安噬鹉z制品著色的主要方法。橡膠著色賦予產(chǎn)品以美觀的外表及對(duì)橡膠制品起防護(hù)作用。若著色適當(dāng)時(shí)， 也能吸收某些光線而提高制品的耐老化性能。
橡膠著色劑的選擇除考慮著色鮮艷、耐曬性、耐久性、透明性外， 還需注意以下幾點(diǎn)： （1） 必須具備一定的耐熱性， 除少量低溫硫化橡膠制品外， 絕大多數(shù)制品需在110～170 ℃下經(jīng)一定時(shí)間加熱硫化， 此時(shí)著色劑應(yīng)不變色；
（2） 對(duì)硫磺和其它配合劑（如促進(jìn)劑、防老劑、軟化劑等） 穩(wěn)定性良好， 著色劑不應(yīng)與這些配合劑反應(yīng)而使制品變色；
（3） 著色力及掩蓋力強(qiáng)， 以減少著色劑的用量；
（4） 對(duì)橡膠制品的性能（如物理機(jī)械性能及老化性能） 不應(yīng)有不良影響；
（5） 必須注意有害金屬的含量；
（6） 在橡膠中的遷移性能、在水和溶劑中的滲色性能及對(duì)織物或鄰近物質(zhì)的污染性能良好；
（7） 易均勻分散， 以提高工效， 并使膠料色澤均勻一致；
（8） 細(xì)度一般要求100 目篩選全過；
（9） 與食品和人體接觸的橡膠制品使用的著色劑必須無毒。此外， 還須考慮膠料本身對(duì)著色劑的要求， 如用于氯丁橡膠的著色劑必須具有一定的耐酸性。一般著色劑上述幾種性能并非全部合乎理想， 也非所有橡膠制品對(duì)著色劑各種性能的要求都同樣苛刻， 在具體使用中應(yīng)根據(jù)制品的實(shí)際情況加以適當(dāng)選擇。
常見汽車輪胎與地面摩擦的噪聲也是一種環(huán)境污染， 從根本上來說還是要改進(jìn)輪胎的結(jié)構(gòu)及橡膠的配方， 當(dāng)然也離不開橡膠助劑。目前， 橡膠助劑處于穩(wěn)定時(shí)期， 硫化促進(jìn)劑和防老劑兩類主要有機(jī)助劑的產(chǎn)量大約為生膠消耗量的4％。我國(guó)橡膠助劑行業(yè)要加大科技投入， 努力創(chuàng)新積極開發(fā)出適合我國(guó)輪胎工業(yè)發(fā)展的新型橡膠助劑。輪胎企業(yè)、橡膠助劑企業(yè)及橡膠研究院所聯(lián)手合作， 走共同開發(fā)的路子， 盡快縮短我國(guó)橡膠助劑和國(guó)外橡膠助劑的差距。我國(guó)的橡膠助劑必須具備高科技的含量才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。
（來源橡膠技術(shù)網(wǎng)）