含中性粉末状填充剂（纺织废料）的丁苯橡胶的填充及其各项性能

江畹兰 编译

(华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641)

含中性粉末状填充剂（纺织废料）的丁苯橡胶的填充及其各项性能

江畹兰 编译

(华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641)

阐述了从纺织废料中得到的中性粉末状填充剂（棉纤维）的制造过程。指出了此种填充剂对橡胶从胶乳中析出过程的影响，以及对制得的硫化胶性能的影响。

纤维填充剂；棉纤维；丁苯橡胶

近年来，橡胶科技工作者对把不同来源的纤维填充剂，用于橡胶制品的关注持续高涨。与一般填充剂不同的是，纤维是各向异性的粒子，它们能在弹性体中取向。生产纤维填充剂的原料来源几乎是无限宽广的。但纤维的生产和加工中会有废料生成，因此，探索它们的最有使用前途的方向，即成为重要且现实的任务。

在轮胎、橡胶工业制品及胶鞋的生产中常使用天然纤维来增强制品。常用的有由棉、麻、毛等材料制得的纤维，丝质材料纤维较少使用。棉纤维的结构和组成特性，使其具有良好的力学性能和适度的吸湿性，它表面的高活性使棉纤维与橡胶有良好的粘合强度。

以前，纤维状填充剂是在胶料制备过程中于炼胶机上加入的。把纤维加入胶料中赋予了胶料所要求的刚度，改善了其强度性能。但在炼胶机上把纤维加入胶料，不能使其在橡胶中均匀分布，而且，首先会影响硫化胶的力学性能。

已发表的文献上说，若在乳聚橡胶生产工艺过程行将结束时，将纤维状填充剂加入其中，可使其均匀地分布在橡胶基料中。最好是在橡胶从胶乳中析出时，往其中加入含酸化剂的纤维状填充剂。但此种方法只允许往胶乳中加入1%质量份的纤维状填充剂，因为纤维的水分散体在酸化过程中失去了活性。

因此，在橡胶合成阶段加入大量填充剂，具有重要的实用价值。有鉴于此，研究将纤维状填充剂改变为粉末状填充剂是颇有意义的，藉以提高其在乳聚橡胶中的用量。研究中使用了棉纤维的中性粉末状填充剂。

和纤维状填充剂一样，粉末状填充剂在橡胶工业中的应用也相当广泛。但它们都是在制备胶料时在开炼机上加入的。因此，探索用新的方法往聚合物胶料中添加填充剂，生产具有新的综合性能的橡胶制品，无论从科学技术角度，还是从生产实践上来看都是很有意义的。

文中该研究项目的目的是，探索在胶乳阶段往丁苯橡胶cКc-30aPК生胶中添加中性粉末状填充剂棉纤维的可能性，选择把该种填充剂加入生胶中的方法，评估它对制得的胶料性能的影响。

为了制得中性的粉末状填充剂，把棉纤维研磨至纤维尺寸达1.5～2 cm，然后用浓度20%～30%的硫酸溶液对它进行处理（仔细搅拌），再把它置于干燥箱中干燥1.5～2 h。而后，把反应物料从干燥箱中取出，用浓度为1%～2%的氢氧化钠溶液中和，用玻璃漏斗过滤之。把所得粉末状填充剂置于玻璃容器内，并不断搅动。然后再把它放入干燥箱中干燥1～2 h，经最终干燥后，将粉末状物料再进一步研磨至细分散状。

橡胶从胶乳中析出过程的研究，在实验室装置上进行。该装置中配备了搅拌器和恒温箱。向凝固器中装入20 mL胶乳（干燥固形物约18%），在规定温度下保温10～15 min。用氯化钠水溶液（24%）对胶乳进行凝固。由于加入了1%～2%的硫酸水溶液，凝固介质的PH值在所有情况下都恒定维持在2.0。制得的中性粉末状填充剂（棉纤维）在橡胶从胶乳中析出的不同阶段加入。

从工艺角度来看，选择中性的粉末状棉纤维填充剂加入丁苯胶乳中的方法是最重要的。

添加粉末状棉纤维填充剂，可以被看作是典型的凝固过程（使用氯化钠溶液作为凝固剂，硫酸溶液作为酸化剂）。凝固中都使用乳清酸化剂（PH=2～3）和乳清（PH=4～5）。

中性粉末状填料可采用如下几种方法加入到胶乳中：

（1）在胶乳凝固前直接以干燥状态加入其中；（2）以干燥状态加入含凝固剂的胶乳中；（3）与凝固剂水溶液一起加入胶乳中；（4）在橡胶从胶乳中析出完成阶段，与乳清一起加入。

分析结果表明，把中性的粉末状填充剂加入到聚合物基料中去最好的方法是，在胶乳凝固前将填充剂直接与其混合。此时，加入少量（1%）的中性粉末状填充剂，即能完全捕获所生成的生胶小块。当中性的粉末状填充剂添加量从3%提高到10%时，会导致在乳清及洗涤水中生成粉末状物质。随填充剂添加量由7.0%增至14.0%，这种粉末状物质的生成量也随之增加。

随后，用所制得的含中性粉末状填充剂的cКc-30aPК橡胶制备了胶料，并研究了它的力学性能。使用标准胶料用配合剂，按常用工艺方法制备胶料。

中性的粉末状填充剂添加量分别为1%、3%、5%、10%、15%及20%。表1为填充了中性粉末状棉纤维填充剂的cКc-30aPК硫化胶力学性能。表2为该硫化胶的硫化动力学特性。

分析所得结果表明，中性的粉末状填充剂在橡胶中的最佳含量为5%～15%。此时，胶料具有令人满意的工艺和力学性能。加入填充剂便稀释了聚合物基质，减少了双键，从而导致耐热老化性提高，正硫化时间实际不变。

表1 填充中性粉末状纤维填充剂的丁苯橡胶cКc-30aPК硫化胶的力学性能

表2 填充中性粉末状纤维填充剂的丁苯橡胶cКc-30aPК胶料的动力学特性

图1 平衡溶胀度与中性粉末状填充剂添加量的关系

研究所制得的胶料在甲苯及汽油（石油系溶剂）中的溶胀度是颇有意义的，因为这二种溶剂是最常见的腐蚀性介质，最能模拟聚合物材料的使用条件。研究表明，当中性粉末状填充剂的添加量由5%提高到10%时，橡胶在甲苯中的平衡溶胀度由200%增至250%；在汽油中的平衡溶胀度则由73%增至107%。这表明，吸收溶剂优先体现在粉末状纤维方面。分析了含活性炭黑的硫化胶吸收溶剂的过程。结果表明，其平衡溶胀度一般都超出常规范围。

总之，纺织工业中的废料既可作为生产纤维状填充剂的基料，也可用作生产粉末状配合剂的原材料，它们可用于各种用途的复合材料。

[1] поPошкообPaзHый HaполHитeль Ha оcHовe тeкcтильHых отходов [J]. пPомышлeHHоe пPоизводcтво и иcпользоЬ вaHиe элacтомePов,2010(2): 27-29.

[责任编辑：张启跃]

TQ 333.1

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1671-8232(2014)11-0023-03

2012-11-06

江畹兰（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年毕业于前苏联莫斯科罗蒙诺索夫精细化工学院。现任华南理工大学教授，从事聚合物结构与变化的研究。