全鵬，方慶紅(沈陽化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142)
摘要：研究自制新型白炭黑對天然橡膠(NR)性能的影響，并與市售白炭黑進行對比。結(jié)果表明：與市售白炭黑NR膠料相比，自制白炭黑NR膠料的硫化時間縮短，拉伸強度、拉斷伸長率、彈性和耐磨性能較好，生熱較低，耐屈撓龜裂性能相當(dāng);自制白炭黑用量為30份時膠料綜合性能最佳。
關(guān)鍵詞：白炭黑;天然橡膠;物理性能;耐磨性能;生熱
白炭黑為高度分散狀的無定形粉末或絮狀粉末，質(zhì)輕，比表面積大，具有很高的補強性、電絕緣性、增粘性、多孔性、吸水性以及懸浮和振動液化特性，已廣泛應(yīng)用于橡膠、塑料、造紙、涂料、染料和油墨等領(lǐng)域，尤其在橡膠行業(yè)中，白炭黑以其優(yōu)異的補強性能大量應(yīng)用[1-6]。 白炭黑用于輪胎膠料中，可以有效降低輪胎的滾動阻力;用于在彩色橡膠制品膠料中，可以較大幅度提高橡膠制品的強度、耐磨性、耐老化性和耐色變性。
1 .實驗
1.1 原材料
天然橡膠(NR)，牌號為0901，西雙版納景陽橡膠有限公司產(chǎn)品;新型白炭黑，沸石酸法自制(采用多種分散劑并用以及用有機酸滴定)，粒徑100～200 nm，粒徑分布均勻，具有補強性能膠料耐磨性能較市售白炭黑好以及膠料溫升低的特點;炭黑N330，河北龍星集團有限責(zé)任公司產(chǎn)品;其它原材料均為市售品。
1.2 試驗配方
NR，100;硬脂酸，2;氧化鋅，4;防老劑4010NA，2;機油，5;硫黃，2.5;促進劑NOBS，1.5;促進劑TMTD，0.3;偶聯(lián)劑Si69，1;炭黑N330，30;自制或市售白炭黑，變量。
1.3 試樣制備
先將NR加入XK-160型開放式煉膠機(青島環(huán)球機械股份有限公司產(chǎn)品)上塑煉，再依次加入硬脂酸、氧化鋅、防老劑、白炭黑、偶聯(lián)劑、炭黑和機油，最后加入硫黃和促進劑，混合均勻后出片，混煉膠放置20 h。膠料硫化在平板硫化機上進行，硫化條件為145 ℃×40 min。
1.4 性能測試
硬度采用XHS型邵爾橡塑硬度計(營口市材料試驗機廠產(chǎn)品)按照GB/T 531.1—2008測試;拉伸性能采用Instron3365型萬能材料試驗機(美國因斯特朗公司產(chǎn)品)按照GB/T 528—2009測試，拉伸速率為500 mm·min-1，測試溫度為室溫;回彈值采用GT-7042-RE型沖擊彈性試驗機(高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 1681—2009測試;耐磨性能采用GT-7012-A型阿克隆耐磨試驗機(高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 1689—1998進行測試;壓縮生熱采用GT-RH-2000型壓縮生熱試驗機按照GB/T 1687—1993測試，試樣為圓柱形(高度25 mm，直徑17.8 mm)，預(yù)應(yīng)力為1.0 MPa，沖程為5.71 mm，溫度為55 ℃;屈撓龜裂性能采用GT-7011-F型屈撓試驗機(高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品)按照GB/T 13934—2006測試。
2 .結(jié)果與討論
2.1 硫化特性
自制白炭黑與市售白炭黑膠料的硫化特性(145℃)對比如表1所示。從表1可以看出，自制白炭黑膠料與市售白炭黑膠料的t10和t90相差較大。這是由于無機填料的酸堿性對膠料的硫化特性影響較大，呈酸性的填料阻礙硫化，導(dǎo)致硫化時間延長;呈堿性的填料促進硫化，導(dǎo)致硫化時間縮短，本研究自制白炭黑呈堿性，而市售白炭黑呈酸性，因此自制白炭黑膠料與市售白炭黑膠料的硫化特性差異較大。
2.2 物理性能
自制白炭黑與市售白炭黑膠料(145 ℃×t90)的物理性能對比如圖1～4所示。從圖1～4可以看出：隨著白炭黑用量增大，自制白炭黑膠料和市售白炭黑膠料的硬度均呈增大趨勢，但自制白炭黑膠料硬度小于市售白炭黑膠料;自制白炭黑膠料的拉伸強度、拉斷伸長率和回彈值均先增大后減小，自制白炭黑膠料的拉伸強度、拉斷伸長率和回彈值大于市售白炭黑膠料，這是由于膠料的拉強度和拉斷伸長率與填料粒徑、分散性以及相容性有關(guān)。本研究自制白炭黑的粒徑小于、分散性和相容性好于市售白炭黑，對膠料的補強性較好，因此膠料的物理性能較好。
2.3 生熱和耐磨性能
自制白炭黑與市售白炭黑的生熱和耐磨性能對比如圖5和6所示。從圖5和6可以看出，隨著白炭黑用量增大，自制白炭黑膠料和市售白炭黑膠料的生熱均上升，耐磨性能均先降低后提高，但自制白炭黑膠料的生熱低于、耐磨性能優(yōu)于市售白炭黑膠料。
2.4 耐屈撓龜裂性能
自制白炭黑與市售白炭黑的耐屈撓龜裂性能試驗結(jié)果為：自制白炭黑和市售白炭黑用量為0～50份時，膠料屈撓6萬次未出現(xiàn)屈撓龜裂現(xiàn)象。這說明自制白炭黑和市售白炭黑在偶聯(lián)劑的作用下與橡注同圖1。
圖5 自制白炭黑與市售白炭黑膠料的生熱性能對比注同圖1。
圖6 自制白炭黑與市售白炭黑膠料耐磨性能對比膠的相容性較好，耐屈撓龜裂性能較佳。
3 .結(jié)論
(1)自制白炭黑呈堿性，可以促進NR膠料硫化，縮短NR膠料硫化時間，提高NR制品的生產(chǎn)效率。
(2)與市售白炭黑NR膠料相比，相同用量的自制白炭黑NR膠料的拉伸強度、拉斷伸長率、彈性和耐磨性能較好，生熱較低，耐屈撓龜裂性能相當(dāng)。
(3)自制白炭黑用量為30份時，NR膠料的綜合性能最佳。
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