硼泥炭黑NR、CR复合材料的制备与性能研究

张世鑫

摘 要：以少量硼泥替代炭黑，制备硼泥/炭黑/NR、CR复合材料，并对其性能进行研究。结果表明：硼泥对天然橡胶/氯丁橡胶二元胶具有一定的补强作用。硼泥做填充料使天然橡胶/氯丁橡胶二元胶有较好的耐油性能、较好的阻燃性、较好的硬度。用扫描电子显微镜对硼泥/氯丁橡胶（CR）天然橡胶（NR）样品进行形态结构分析表明硼泥与CRNR二元胶界面相容性较好。

关键词：硼泥 天然橡胶 氯丁橡胶 复合材料

中图分类号：TQ336.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0062-02

硼泥是以硼矿石为原料，生产硼砂以及硼酸等硼化工产品剩余的固体废弃物。硼砂生产早期主要采用硼镁石矿做原料（B2O3 7%～20%，MgO30%～40%，SiO215%～25%，FeO3%～5%，少量的CaO和Al2O3），采用碳碱法生产硼砂，每生产1吨硼砂大约产生4吨左右的硼泥（B2O31.5%～3.0%，MgO30%～40%，SiO2 20%～25%，Na2O0.1%～0.5%，Fe2O33%-5%，少量的CaO和Al2O3），pH值8～9，粒度（200目）[1]。硼泥未经过任何环保技术处理，且又是露天排放，因此已造成硼化物生产区的严重环境污染。所以无论从环境保护还是资源利用的角度看，对硼泥进行有效的综合利用研究都是非常必要和迫切的。

硼泥平均粒径为15 μm左右，小于14 μm的占90%，与轻质碳酸钙的平均粒径相当。硼泥表面是多孔穴的假山石结构，是一种具有良好补强作用的填充剂[2-3]。

1 实验

1.1 主要原材料

如表1所示。

1.2 基本配方

如表2所示。

1.3 主要设备与仪器

本实验主要设备与仪器如表3所示。

1.4 试样制备

实验用改性橡胶样条的制备。

1.4.1 原料准备

取适量硼泥过筛后，放入烘箱中烘干，温度设为80 ℃，烘干实验持续24 h。分别取硼泥0份、10份、15份、20份、25份、30份，割NR为25份和取CR为75份。接下来按表2的配方进行手工称料。

1.4.2 炼胶实验

将原料按顺序投入开炼机中，混炼25～30 min。

1.4.3 压片实验

将上述片剪碎放入模具中，在平板硫化机上进行压片。温度设为150 ℃，10 MPa压力热压12 min左右，取出后自然冷却，脱模。

1.5 测试分析

1.5.1 硬度性能测试

硬度性能测试按照国家标准GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》进行硬度试验。

1.5.2 拉伸性能测试

拉伸性能按照国家标准GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行拉伸强度试验。

1.5.3 耐油性能测试

耐油性能测试按照国家标准GB/T1690-2006《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》进行耐油试验。

1.5.4 阻燃性能测试

阻燃性能测试按照国家标准GB/T10707-2008《橡胶的燃烧性能（氧指数法）》进行氧指数试验。

1.5.5 结构表征

先将硼泥填充高分子材料试样分别做拉伸试验，拉伸后的断面在抽真空的条件下进行SEM分析。

2 结果与讨论

2.1 硼泥填充CR/NR二元胶的拉伸性能

从图1可以看出随硼泥质量份数的增加抗拉强度也不断增加。当硼泥质量份数达到15份时，抗拉强度达到最大值，之后再加入硼泥抗拉强度不断降低。硼泥15份时，分散性、相容性达到最好，抗拉强度达到最大值。之后随硼泥份数增加，分散性、相容性变差。硼泥作用作用无机粒子，在拉伸时与二元胶基体脱黏，产生空洞，进而产生应力集中，拉伸强度变低。因此，加入适量的硼泥对CR/NR二元胶有补强作用。

2.2 硼泥填充CR/NR二元胶的耐油性能

从表4中可以看出随硼泥质量份数的增加耐油系数也不断增加。当硼泥质量份数达到20份时，耐油系数达到最大值，耐油性能最好。硼泥为25份时硼泥耐油性能略有降低，当硼泥质量份数为30份时，由于分散性、相容性极差，耐油系数最低。耐油性能最差。因此，适量的硼泥加入对CR/NR二元胶有耐油作用。

2.3 硼泥填充CR/NR二元胶的氧指数

从图2中可以看出随硼泥质量份数的增加氧浓度也不断增加。当硼泥份数达到15份时，氧浓度达到最大值，阻燃性能最好。之后随硼泥质量份数增加，氧指数不断降低。硼泥是多组分的无机物，氯丁橡胶是卤素阻燃高分子。因此，适量硼泥的加入对CR/NR二元胶有一定的阻燃作用。

2.4 硼泥填充量对CR/NR二元胶硬度的影响

从图3中可以看出随硼泥份数的增加硬度不断增加。因为硼泥所含的无机粒子硬度大，所以硼泥的加入能增强CR/NR二元胶的硬度。

2.5 形态结构分析

本实验对硼泥填充CR/NR二元胶试样的拉伸断裂面进行了扫描电镜分析实验。实验结果见图4、图5所示。

图4、图5为硼泥填充CR/NR二元胶试样拉伸后断面的SEM图像，从图中可以清楚地看到，存在海岛结构，橡胶为连续相，硼泥为分散相，在橡胶表面中有不稳定的颗粒存在。在拉伸时，硼泥与基体脱黏，30份硼泥填料比20份硼泥填料与CR/NR基体的相容性稍差。

3 结论

（1）硼泥具有填充CR/NR二元胶的可行性，而且配方和加工工艺简单。

（2）硼泥填充CR/NR二元胶具有一定的补强作用，当硼泥为15份时，抗拉强度达到最大值。

（3）硼泥做填充料使CR/NR二元胶有较好的耐油性能，当硼泥为20份时，耐油性能最好。

（4）硼泥做填充料使CR/NR二元胶有较低的可燃性，可以做更好的阻燃材料。当硼泥为15份时，氧浓度达到最大值，阻燃性能最好。

（5）硼泥做填充料使CR/NR二元胶具有较好的硬度，随着硼泥份数的增加，邵氏硬度也不断增大。

（6）硼泥作为高分子材料的新型填料，可以替代部分炭黑等传统填料。

参考文献

[1] 朱广发.辽宁硼泥资源综合利用的探讨与对策[J].节能，1998（3）：44-46.

[2] 化工产品实用手册（一）[M].上海交通大学出版社，1988.

[3] 罗玉萍，王立久.硼泥耐火材料的研究[J].耐火材料，1994，28（6）：331-335.