□文/ Marvin J. Myhre

加拿大橡膠測(cè)試與開發(fā)研究所

廢舊橡膠的再生應(yīng)用

Recycling of Waste Rubber

□文/ Marvin J. Myhre

加拿大橡膠測(cè)試與開發(fā)研究所

廢碎再生膠主要來(lái)源于輪胎以及非輪胎在生產(chǎn)中出現(xiàn)的回收橡膠料。過去十多年間，有許多公司和科技人員開發(fā)了再生廢碎橡膠應(yīng)用技術(shù)，并取得了相關(guān)的專利，人們?cè)?jīng)嘗試著系統(tǒng)地評(píng)估單獨(dú)使用廢膠料（碎橡膠和再生碎橡膠）以及與新鮮膠料混合時(shí)的各項(xiàng)性能參數(shù)的變化情況。

輪胎和其他橡膠材料所產(chǎn)生的碎橡膠已被成功用于各種橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)多年，它們成本低、效益高，添加組份時(shí)，通常占總橡膠含量為20%~50%。當(dāng)輪胎在動(dòng)態(tài)條件下，汽車墊子、襯墊、碼頭護(hù)弦和一些汽車部件對(duì)論壇承受應(yīng)力要求不高或者強(qiáng)度要求不高時(shí)，可以使用碎橡膠和更高比例的再生碎橡膠。如果再循環(huán)橡膠含量超過30%的橡膠化合物具有更高物理強(qiáng)度，即15 MPa或以上拉伸強(qiáng)度，對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響又很低的情況下，應(yīng)盡可能的使用成本低廉的再生碎橡膠等材料。

在使用再生材料時(shí)，人們可以改變配方以達(dá)到需要的物理特性或者至少接近相關(guān)參數(shù)值。

表1 不同配比的天然膠與再生全輪胎碎膠（RWTCR）混合物特性

橡膠再生常規(guī)加工方法

再生加工方法可以采用機(jī)械、加熱和化學(xué)加工方法，或者組合這些加工方法。在本文中，材料的再生采用所有三種加工方法進(jìn)行，維持最可能小的剪切力和最可能低的溫度。除非使用膠屑，否則應(yīng)首先將廢橡膠研磨為30~40厘米的粒度，然后使用輥速比為1.15:1.0的20*50厘米實(shí)驗(yàn)室雙輥研磨機(jī)進(jìn)行再生。

步驟是在盡可能短的時(shí)間讓材料通過具有化學(xué)再生劑的研磨機(jī)，以進(jìn)行再生（微粒將疏松交織）。在冷卻4~16小時(shí)之后，材料進(jìn)行自然成模，或者混合固化劑并進(jìn)行固化，或者在添加固化劑和硫化之前與新鮮膠母料混合。

實(shí)驗(yàn)步驟

在一臺(tái)20*50厘米實(shí)驗(yàn)室雙輥研磨機(jī)中或者一臺(tái)BR型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部混合機(jī)中混合化合成份或混合再生和新鮮膠料。在內(nèi)部混合機(jī)中混合母粒；然后在研磨機(jī)中將其與再生碎橡膠混合及硫化劑混合。如果需要完全化合的材料，則在內(nèi)部混合機(jī)中完全混合。采用振動(dòng)盤流變計(jì)確定固化特征。使用ASTM測(cè)試方法在拉伸測(cè)試機(jī)上測(cè)量物理特性。

結(jié)果和討論

◆ 再生橡膠與無(wú)填料天然橡膠的混合物

在表1~3中，術(shù)語(yǔ)RWTCR指再生全輪胎碎橡膠；RTTB指再生貨車輪胎膠屑；RNRB指工業(yè)再生天然橡膠膠屑。本文將討論再生材料本身、橡膠與再生碎橡膠的混合物以及新鮮膠料與再生碎橡膠組成的混合物。

◆ 天然橡膠與再生全輪胎碎橡膠的混合物(RWTCR)

表 1中研究了天然橡膠和各種含量再生全輪胎碎橡膠的混合物。觀察了流變數(shù)據(jù)和正常物理特性。每種混合物使用相同固化包，這樣可以看出再生碎橡膠含量的效應(yīng)。評(píng)估了含量為10%、40%和80%的再生材料，并與新鮮膠料及再生材料本身進(jìn)行對(duì)比。

可以從表1~3看出，隨著再生材料含量的增加，焦化安全性變得更短。

固化時(shí)間（90%固化的時(shí)間）隨著再生材料的含量增加而傾向于增加。隨著再生材料的含量增加，硬度和模數(shù)增加，延伸率和拉伸強(qiáng)度降低。撕裂強(qiáng)度降低，但是程度沒有拉伸強(qiáng)度大。即使再生材料含量為40%時(shí)，拉伸強(qiáng)度也超過10 MPa。

表2 不同配比的天然膠與再生貨車輪胎膠屑（RTTB）混合物特性

◆ 天然橡膠與貨車輪胎膠屑的混合物(RTTB)

除了全輪胎碎橡膠，使用了再生貨車輪胎膠屑（RTTB），結(jié)果見表2。

焦化時(shí)間（T2）和固化時(shí)間（T90）降低，但是在再生材料含量為80%時(shí)，固化速度更慢。這里，膠屑可能是天然橡膠或SBR。隨著再生材料的含量增加，硬度和模數(shù)增加，拉伸強(qiáng)度、延伸率和撕裂強(qiáng)度下降。表1和表2之間的物理特性參數(shù)值差別小，表明貨車輪胎膠屑與SBR相似。

◆ 天然橡膠與無(wú)炭黑膠屑的混合物(RNRB)

從炭黑再生膠轉(zhuǎn)換到無(wú)炭黑再生天然橡膠膠屑時(shí)（表3），觀察到當(dāng)再生材料含量增加時(shí)趨勢(shì)相似。焦化安全性（T2）下降，但是固化時(shí)間（T90）出現(xiàn)下降，然后又上升。與添加炭黑再生材料一樣，參數(shù)值下降，但是下降不大。

在添加10%再生膠屑時(shí)，拉伸強(qiáng)度損失34%；但是，即使再生材料含量達(dá)到80%，拉伸強(qiáng)度僅進(jìn)一步降低6.5%。另外，在添加10%再生材料時(shí)，撕裂強(qiáng)度也有下降，但是在進(jìn)一步增加再生材料含量時(shí)，撕裂強(qiáng)度保持相對(duì)穩(wěn)定。這樣似乎表示可以使用更高含量的再生材料，而不會(huì)引起參數(shù)值進(jìn)一步重大損失。

◆ 天然橡膠化合物與再生橡膠料的混合處理

以上3個(gè)表格說(shuō)明用作填料的橡膠碎混合物特性。但表4、表6則說(shuō)明用相同材料但不同的處理方式的測(cè)量結(jié)果。這是與新鮮膠料相比，采用4種不同含量進(jìn)行處理的實(shí)測(cè)值。

全輪胎碎橡膠（原樣）見表4；研磨全輪胎碎橡膠見表5；采用化學(xué)品再生的全輪胎碎橡膠見表6。研究了各種情況下含量為10%、20%、40%和80%的測(cè)定結(jié)果。

表3 不同配比的天然膠與再生天然橡膠屑（RNRB）混合物特性

表4 以全輪胎碎橡膠屑（WTCR）為組份的化合物特性

表4顯示全輪胎碎橡膠原樣（沒有進(jìn)行處理）的結(jié)果。在添加碎橡膠時(shí)，化合物稍微更易焦化。固化時(shí)間傾向于比新鮮膠料本身更長(zhǎng)（固化速度更慢）。硬度和模數(shù)隨著碎橡膠添加含量的增加而變化。拉伸強(qiáng)度也發(fā)生變化，但是總體下降，而延伸率和撕裂強(qiáng)度下降。在添加10%碎橡膠時(shí)，觀察到拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度損失重大，進(jìn)一步增加碎橡膠含量則進(jìn)一步下降。在碎橡膠含量為40%時(shí)，損失為40%~60%。在碎橡膠含量為80%時(shí)，性能損失大于50%。但是，必須注意，沒有嘗試調(diào)整硫含量（80%含量除外），這當(dāng)然是特性參數(shù)值大大下降的原因之一。

如果不使用化學(xué)物品，而僅僅是在研磨機(jī)中處理碎橡膠，則出現(xiàn)相似趨勢(shì)，參見表5。

研磨碎橡膠趨勢(shì)與在碎橡膠本身中觀察到的相似，在具有碎橡膠時(shí)，焦化安全性下降（新鮮膠料從11.4降到7.0）。在碎橡膠含量為80%時(shí)，最低扭矩從6.1上升到43.4。在存在碎橡膠時(shí)，固化時(shí)間（T90）更長(zhǎng)。這表明需要改變硫/加速劑的比率。

在碎橡膠含量高達(dá)40%時(shí)，化合物硬度保持穩(wěn)定，在含量為80%（5#）時(shí)，硬度更低。模數(shù)值保持相對(duì)穩(wěn)定，直到含量達(dá)40%，然后下降。拉伸強(qiáng)度下降。但是，在含量為10%和20%時(shí)，兩者相同，然后明顯下降（含量為40%和80%時(shí)低得多）。觀察到撕裂強(qiáng)度下降很大，特別是在含量為40%和80%時(shí)。延伸率下降并保持相對(duì)穩(wěn)定，直到含量達(dá)40%，之后下降極其明顯。研磨碎橡膠含量為10%和20%時(shí)的特性參數(shù)值略微優(yōu)于只使用碎橡膠本身，但在含量更高時(shí)，特性參數(shù)值則不佳。

碎橡膠通過研磨機(jī)相同次數(shù)且有化學(xué)物品時(shí)的結(jié)果參見表6。與表4和表5一樣，焦化時(shí)間隨著再生材料含量的增加而降低，但是焦化時(shí)間隨著再生碎橡膠含量增加的降低更平緩。但是，固化時(shí)間（T90）保持接近新鮮膠料或更長(zhǎng)。

化合物2#（含有10%再生碎橡膠）的硬度略高，但其余化合物幾乎與新鮮膠料相同。在添加再生碎橡膠時(shí)，含量為10%的化合物2#的模數(shù)高于其余化合物（化合物3#、4#和5#），包括新鮮膠料。拉伸強(qiáng)度降低，但在含量為10%和20%時(shí)仍然相對(duì)良好，分別為20.1和17.5 M Pa。在添加再生材料時(shí)，觀察到延伸率和撕裂強(qiáng)度下降。此外，在含量為10%和20%時(shí)的撕裂強(qiáng)度極好（972和819對(duì)比1 120 N/cm）。

總結(jié)

顯而易見，化合物中可以原樣使用廢橡膠，或者將廢橡膠再生后使用以提供更好性能?？梢钥闯觯?dāng)碎橡膠更象生橡膠或添加碎橡膠的化合物時(shí)，效果提高。經(jīng)過處理（再生）可以在含量更低時(shí)提供更好效果，但是如果超過40%，在大多數(shù)情況下則不然。非輪胎再生材料的性能好得多。這種材料是一種多硫化物交聯(lián)更高的材料。在一些情況下，性能參數(shù)值極佳。在所有這些特性中，撕裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和延伸率通常影響最大。

表5 經(jīng)研磨的全輪胎碎橡膠屑（MWTCR）為組份的化合物特性

表6 再生全輪胎碎膠（RWTCR）為組份的化合物特性