氧化镁对橡胶减震材料性能的影响

吕 婧，陈光岩，赵 菲*

(1.青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东 青岛 266042；2.中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

根据材料的性能和应用，橡胶减震制品主要分为阻尼材料和减震材料两类。阻尼材料主要利用橡胶吸收和转化震动的能力，减震材料则主要利用的是橡胶缓冲和传递震动的功能。理想的减震材料应具有动静刚度比低、生热小、回弹性高、耐疲劳和耐久性好等特点[1-5]。氧化镁(MgO)是橡胶材料的重要助剂，已有研究表明[6-11]，加入MgO能够提高橡胶的耐老化性，但其对炭黑填充橡胶减震材料综合性能的影响研究较少。本文研究了MgO用量对橡胶减震材料各项性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

天然橡胶SMR20：马来西亚；稀土顺丁橡胶CB24：德国朗盛化学公司；硫黄：无锡钱桥橡胶助剂厂；N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)：山东单县化工有限公司；炭黑(N550)：卡博特(上海)有限公司；白炭黑1165MP：罗地亚(青岛)公司；双-((三乙氧基硅烷基)-丙基)四硫化合物(硅烷偶联剂Si-69)：德国德固赛公司；MgO：河北镁神化工科技集团；其它助剂均为市售工业级产品。

1.2 仪器设备

哈克转矩流变仪：RheoDrive7型，Thermo scientific 公司；无转子硫化仪：GT-H2000-PA，台湾高铁检测仪器有限公司；门尼黏度测试仪：MV2000，美国Alpha技术有限公司；平板硫化机：VC-150T-FTMO-3RT，佳鑫电子设备有限公司；动态热机械分析仪(DMA)：242型，德国Netzsch公司；橡胶加工分析仪：RPA2000，美国阿尔法公司；拉伸试验机：AI-700M型，台湾高铁科技股份有限公司；压缩生热实验机：EKT-2000GF，台湾晔中股份有限公司；屈挠疲劳试验机：GT-7011-DLH型，台湾高铁科技股份有限公司；MTS弹性体测试系统：831型，美特斯工业系统(中国)有限公司。

1.3 基本配方

基本配方(质量份)：天然橡胶SMR20 70，CB24 30，N550 30，1165MP 30，Si69 3，ZnO 5，MgO变量，SA 3，防老剂3，S 2，TBBS 1。

1.4 试样制备

混炼工艺：天然橡胶在开炼机上薄通10遍后备用。哈克转矩流变仪初始温度80 ℃，转速80 r/min，加入橡胶混炼1 min后加入活化剂和防老剂，1.5 min后加入1/2炭黑、1/2白炭黑和1/2硅烷偶联剂，混炼1.5 min后加入剩余的填料和硅烷偶联剂，混炼2 min后清扫，待扭矩曲线基本持平后，排胶；在开炼机上左右割刀3次后依次加入促进剂和硫黄，每次加入后左右割刀各3次，薄通6次，排气，下片，备用。混炼胶停放12 h，用硫化仪于150 ℃测试硫化曲线，使用平板硫化机按150 ℃×工艺正硫化时间(t90)硫化试片。

1.5 测试方法

动静刚度比标准试样的尺寸为D29 mm×12.5 mm。

静刚度测定：实验环境温度为(23±2) ℃。采用力控制模式，预加静载20 N 2次，正式实验施加周期载荷72～360 N，载荷循环1 000次，得到静刚度值。

动刚度测试：实验环境温度为(23±2)℃。采用力控制模式，预加静载5 N 2次。正式实验，施加周期载荷72～360 N，加载频率4 Hz，载荷循环1 000次，得到动刚度值。

2 结果与讨论

2.1 氧化镁用量对炭黑分散的影响

图1为MgO用量对混炼胶和硫化胶中填料分散的Payne效应结果。图1表明，MgO能够改善填料在橡胶中的分散，随着MgO用量增大，储能模量差值ΔG′呈减小的趋势。MgO用量为3份时，填料在橡胶中的分散最好。

MgO用量/份图1 MgO用量对混炼胶和硫化胶填料分散的影响

图2为MgO用量对混炼胶损耗模量(G″)的影响。由图2可以看出，随着MgO用量的增大，G″依次降低，表明MgO能够破坏填料在橡胶中形成的聚集体网络、改善填料的分散性。同时可以看出，MgO用量不高于4份时，G″峰值对应的应变没有变化，即填料网络重建速率大于破坏速率的临界应变都是0.9%，这意味着虽然填料网络的强度明显减弱，但是网络的密度不变，仍然保持一定的重建能力，当MgO用量增至5份时，G″峰值向低应变移动，表明填料的网络密度也得到了一定程度的降低，填料分散情况改善。

应变/%图2 MgO用量对损耗模量的影响

2.2 氧化镁用量对加工性能的影响

从图3可以看出，随着MgO用量的增大，胶料的焦烧时间(t10)略有缩短，但t90大大缩短，门尼黏度逐渐升高，在保证加工安全性的同时，硫化速率明显增大，加工性能得到优化。

MgO用量/份(a) 焦烧时间

MgO用量/份(b) 工艺正硫化时间

MgO用量/份(c) 硫化速率

MgO用量/份(d) 门尼黏度图3 MgO用量对混炼胶加工性能的影响

2.3 氧化镁用量对力学性能和动态生热的影响

从表1可以看出，加入MgO后，硫化胶的拉断伸长率略有升高，拉伸强度、撕裂强度和300%定伸应力均略有下降，且与MgO用量的关联性不大。这是由于MgO可以作为活性剂与促进剂作用，加速促进剂的分解，但由于Mg2+无空轨道，离子半径小，极化能力较弱，促进剂镁盐阻碍了锌盐络合物的作用，因此，硫化胶料交联密度下降，含多硫原子交联键的数目增多，改变了交联网络中长短链数目之比，使胶料的拉断伸长率增大，力学强度和定伸应力略有下降。

表1 MgO用量对力学性能和压缩温升的影响

加入MgO后，胶料的压缩温升有较明显增大，对减震材料性能不利。随着MgO用量的增大，压缩温升呈先减小后增大的趋势。当MgO用量为2份时，胶料的拉伸强度和撕裂强度较大，压缩温升较低。

2.4 氧化镁用量对动静刚度比的影响

从图4可以看出，加入MgO使橡胶的动静刚度比略有增大，当MgO用量为3份时，动静刚度比最大。

MgO用量/份图4 MgO用量对动静刚度比的影响

2.5 氧化镁用量对热空气老化前后耐屈挠疲劳性能的影响

由图5可以看出，热空气老化前，当MgO用量大于1份时，橡胶的疲劳裂口出现时间晚，疲劳寿命长，耐疲劳性能明显增强。

MgO用量/份(a) 裂口出现次数

MgO用量/份(b) 橡胶疲劳寿命图5 MgO用量对老化前后耐屈挠疲劳性能的影响

随着MgO用量的增大，橡胶的疲劳寿命(裂口>3 mm时的疲劳次数)先增大后减小，用量为4份时，橡胶的耐疲劳性最好。而在100 ℃下老化48 h后，橡胶的疲劳寿命随MgO用量的增大而增大。

3 结 论

(1) 加入MgO能改善填料在橡胶中的分散，且用量越多，分散越好。

(2) 加入MgO能改善胶料的加工性能，提高耐疲劳性和耐热氧老化性，但同时使力学强度降低，动静刚度比和动态生热增大。

(3) 当MgO用量为2份时能得到综合性能较好的橡胶减震材料。

参 考 文 献：

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