遇水膨胀橡胶止水条生产工艺改进研究

遇水膨胀橡胶止水条生产工艺改进研究

周霞

海山实业发展总公司  河北石家庄  050208

摘要: 遇水膨胀止水条是一种独特的橡胶新产品,是有遇水膨胀性能的腻子型止水条和制品型止水条的统称｡该种橡胶在遇水后膨胀变形,并充满接缝的所有不规则表面､空穴及间隙,同时产生巨大的接触压力,彻底防止渗漏｡遇水膨胀橡胶的作用原理是在橡胶中加入亲水性物质,遇水接触时,水分子会通过渗透､扩散及表面吸附等物理作用进入遇水膨胀橡胶内,进而与橡胶中的亲水性基团作用形成极强的亲和力｡针对现阶段国内遇水膨胀橡胶制品生产效率低､反复浸水､表面析出物多等问题,研究改进了地铁盾构隧道用遇水膨胀橡胶止水条的生产工艺｡结果表明,由传统模压硫化接头生产工艺改进为微波加热连续硫化生产工艺,大幅提高了遇水膨胀橡胶止水条的生产效率｡

关键词:遇水膨胀橡胶;生产工艺;挤出;微波加热连续硫化;止水条

遇水膨胀橡胶是一种功能性高分子吸水材料,它是以橡胶聚合物为基体,在聚合物基体上引入亲水性功能基团或者通过物理机械混炼在聚合物中加入吸水材料､填料､各类助剂制备而成的一种防水密封材料[1]｡该橡胶材料与其他防水橡胶制品不同,其特征是橡胶遇水能发生体积膨胀并产生较大的膨胀压力,利用自身的弹性,达到止水密封的效果｡当缝宽增加时,由于该材料具有遇水膨胀的特征,在其有效膨胀范围内仍能起到止水作用｡遇水膨胀橡胶与传统的受压密封材料相比,既具备常规止水材料的密封作用,又可以在接缝张开变形时遇水发生体积膨胀,填充缝隙,起到双保险止水作用[2]｡该材料主要应用于隧道工程变形缝､海上采油､水下工程､城镇供水设施､地铁､民用建筑等行业｡

1实验

1.1主要原材料

氯丁橡胶(CR),重庆长寿捷圆化工有限公司;天然橡胶(NR),云南农垦总公司;沉淀法白炭黑,通化双龙化工股份有限公司;机油,100#,中国石油总公司;氧化锌,大连氧化锌厂;氧化镁,上海敦煌化工厂;吸水树脂,水溶性聚氨酯预聚体,固化剂(含硫化剂MOCA､水等)和其他材料均为橡胶工业市售品｡

1.2主要仪器与设备

开炼机,XK-160型,广东湛江机械厂;平板硫化机,DY-100,中国上海颐中橡塑机械有限公司;邵尔橡胶硬度计,LX-A型,上海六菱仪器厂;数显式电子万能试验机,WDW-2S,济南恒思盛大仪器有限公司;电子分析天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司｡

1.3试样制备

将CR和NR在开炼机上分别塑炼,并混炼均匀;依次加入配合剂､预聚体和固化剂混炼均匀,然后一起混炼,薄通5遍,出片,停放12h以上｡使用平板硫化机硫化试片,硫化条件为(150±5)℃×(10±1)MPa×10min｡

1.4测试方法

邵尔A硬度按GB/T531.1-2008测试;拉伸性能按GB/T528-2009测试;体积膨胀倍率按GB/T18173.3-2014测试;反复浸水试验和低温弯折按GB/T18173.3-2014测试;防霉等级按GB/T2423.16-2008测试｡

1.5性能指标

表1遇水膨胀橡胶止水条指标要求

2结果与讨论

2.1生胶的选用

主体材料橡胶若选用非结晶性橡胶与吸水树脂共混,制备的遇水膨胀橡胶易发生冷流现象,用作止水材料时会丧失止水效果,因此,最好选用常温下结晶区域或玻璃化区域达到5%~50%的二烯类橡胶[3]｡本研究选用NR和CR为主体材料进行对比实验,结果见表2｡从表2可看到,随着NR用量的增加,硫化胶的硬度变化不明显,拉伸强度先减小后增大,体积膨胀倍率逐渐减小｡反复浸水实验后,拉伸强度先减小后增大,体积膨胀倍率逐渐减小｡

表2生胶并用比不同时材料的性能

2.2填料选用

为了改善CR的工艺性能选用CR/NR并用,填料选用沉淀法白炭黑､水溶性聚氨酯预聚体和吸水树脂进行试验,结果见表3｡其中,聚氨酯预聚体由水溶性聚醚与甲苯二异氰酸酯为主要原料聚合而成｡该预聚体可与固化剂交联制成遇水膨胀的弹性防水材料(主要是腻子型遇水膨胀橡胶),也可部分交联固化后与橡胶及其他配合剂混合,经压出､硫化制成具有一定形状的制品型遇水膨胀橡胶｡随着吸水树脂用量的增加,硫化胶的硬度逐渐增加,拉伸强度､拉断伸长率逐渐减小,体积膨胀倍率逐渐增大｡反复浸水实验后,拉伸强度､拉断伸长率逐渐减小,体积膨胀倍率逐渐增大｡

2.3硫化剂选用

随着硫化剂用量的增加,硫化胶的硬度逐渐增大,拉伸强度和拉断伸长率逐渐增大,体积膨胀倍率逐渐减小｡反复浸水实验后,拉伸强度和拉断伸长率逐渐增大,体积膨胀倍率减小｡这是因为随着硫化剂用量的增加,硫化胶的交联密度增大,交联网络紧密,橡胶分子链的移动或扩张便不容易,树脂吸水后的膨胀力,如果不能克服交联网络的束缚,就会使树脂在橡胶中的吸水膨胀受到较大的抑制,从而导致吸水膨胀率减小｡反之,交联网络稀疏,吸水树脂吸水后的膨胀率大于网络束缚力则能均匀膨胀,使吸水膨胀率增大｡

3结论

1)CR/NR并用胶中,随着NR的逐渐增加,硫化胶的体积膨胀倍率逐渐减小;随着吸水树脂的增加,硫化胶的硬度逐渐增大,拉伸强度和拉断伸长率逐渐减小,体积膨胀倍率逐渐增大｡随着硫化剂用量的增加,硫化胶的硬度､拉伸强度和拉断伸长率增大,体积膨胀倍率减小｡2)通过以上实验,确定配方:CR,70;NR,30;沉淀法白炭黑,20;吸水树脂,60;水溶性聚氨酯预聚体,50;机油,30;硬脂酸,1;氧化铁红,4;氧化锌,5;氧化镁,4;硫黄,0.6;固化剂,1.5;防霉剂,3;防老剂4010NA,2｡经测试,配方满足GB/T18173.3-2014中PZ-400型遇水膨胀橡胶止水条指标要求,投入生产后工艺性能稳定,满足客户要求｡

参考文献:

[1]刘岚,向洁,罗远芳,等.吸水膨胀橡胶的研究进展[J].高分子通报,2006,(9):23-28.

[2]吕百龄,刘登祥,李和平.实用橡胶手册[M].北京,化学工业出版社,2010.

[3]张殿荣,辛振祥.现代橡胶配方设计[M].北京,化学工业出版社,