NBR/WRP/EP复合材料的性能研究

焦富强，姚亮，王艳秋，王国志

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221100）

NBR/WRP/EP复合材料的性能研究

Properties of NBR / WRP / EP composites

焦富强，姚亮，王艳秋，王国志

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221100）

通过采用机械共混法制备NBR/WRP/EP复合材料。研究了环氧树脂的用量对NBR/WRP/EP复合材料的工艺性能、物理机械性能的影响。研究结果发现，在实验范围内，随着环氧树脂用量的增加，胶料的门尼黏度和物理机械下降；但是经过二段硫化后，胶料的物理机械性能提高。

复合材料；门尼黏度；物理机械性能；二段硫化

胶粉（waste rubber powder，WRP）是指废旧橡胶制品经粉碎加工处理而得到的粉末状橡胶材料，是一种特殊具有弹性的粉体材料，具有粉体材料的基本特征，是制造再生胶的中间物，被用来直接添加到橡胶中或取代生胶［1～3］。

胶粉的综合利用是解决橡胶产生的“黑色污染”的重要途径之一，可以起到节省资源、降低成本等目的。和再生胶利用方法相比，胶粉的制造方法不用脱硫，不会产生二次污染［4～6］。胶粉少量加入到橡胶中虽然可以改善物理机械性能和加工性能，但是当大量的应用到橡胶中会导致力学性能降低，并导致工艺性能变差［7～9］。

环氧树脂（EP）是一种反应中间体，常温下是一种黏稠的液体，且与丁腈橡胶（NBR）具有一定的相容性，具有反应型增塑剂的特性，因此本文对NBR/ WRP/EP复合材料的性能进行了研究。

1 实验部分

1.1 实验原材料

丁腈橡胶（NBR），N41，中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司；胶粉（WRP），80目（180 μm），焦作市弘瑞橡胶有限责任公司；环氧树脂（EP），E-51，南通星辰合成材料有限公司；炭黑（CB），N660，山西黑马炭黑有限公司；三乙醇胺（TEA），分析纯，上海苏懿化学试剂有限公司；其他配合剂均为市售橡胶工业常用原材料。

1.2 实验仪器与设备

开炼机，SK-160，无锡市第一橡塑机械有限公司；平板硫化机，YXE-25，上海西玛伟力橡塑机械制造有限公司；转矩流变仪，XSS-300，上海科创橡塑机械设备有限公司；拉力机，AI-7000-GD，台湾高铁科技股份有限公司；门尼黏度仪，GT-7080-S2，台湾高铁科技股份有限公司；老化实验箱，401A，上海市实验仪器总厂。

1.3 试样制备

1.3.1 实验配方

实验配方如表1所示。

1.3.2 试样胶制备

母胶制备：将N41、胶粉、古马隆、S、ZnO、SA、防RD、N660混炼均匀，制成母胶备用。

混炼胶制备：取一定量的母胶，然后加入E51（或E51与TEA的混合物）和CBS、TT，混炼均匀，然后薄通5次（打三卷两包），最后下片。

硫化胶制备：在160 ℃×5 min×10～15 MPa条件下，进行试样的制备。

表1 实验配方

1.4 性能测试

按照GB/T 528—2009测定拉伸性能，拉伸速度为500 mm/min；按照GB/T 529—2008测定直角撕裂性能，拉伸速度为500 mm/min。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂的用量对门尼黏度的影响

称取一定量的混炼胶，在门尼黏度仪中测定其门尼黏度，测试温度为100 ℃，转子为大转子，测试时间为5 min（预热1 min，测试4 min）。

软化增塑剂是影响胶料黏度的主要因素之一，它能显著地降低胶料黏度，改善胶料的工艺性能［10］。从表2中可以看出，环氧树脂对NBR/WRP有着增塑的作用，且随着环氧树脂用量的增加门尼黏度逐渐缩小，加工性能变好。与纯环氧树脂相对比，加入混有三乙醇胺的环氧树脂后，胶料的门尼黏度更低，这可能是三乙醇胺黏度比环氧树脂更低，增塑作用更好的缘故。

2.2 环氧树脂用量对物理机械性能的影响

表2 环氧树脂用量对门尼黏度的影响

软化增塑剂能够降低分子间的作用力，使分子链的运动能力提高，从而使胶料变得柔软，定伸应力降低，拉断伸长率提高。从表3中可以看出，随着环氧树脂用量的增加，硫化胶的拉断伸长率逐渐提高，定伸应力逐渐降低。

适当的加入一些软化剂，可以提高填料的分散性，提高胶料的力学强度，但是超过其最佳用量后，会使力学强度降低。从表3中可以看出，由于环氧树脂的用量较高，胶料的拉伸强度和撕裂强度随环氧树脂用量的增加均产生下降，尤其拉伸强度。

对比加入纯环氧树脂的胶料，加有混入三乙醇胺的环氧树脂胶料的拉伸强度和定伸应力更低，但伸长率较大。

2.3 二段硫化工艺对性能的影响

将试样放入热氧老化箱进行二段硫化，条件为温度120 ℃，时间24 h。经过二段硫化后，试样的表面不在发黏，尤其是环氧树脂用量较大的配方，可能是环氧基在长时间高温条件下发生了开环反应，产生了交联或接枝反应，使环氧树脂固化，使其迁移性下降，试片表面不在发黏。其物理机械性能变化如表4所示。

未加环氧树脂的配方经过二段硫化后，胶料进一步产生了硫化，胶料的拉伸强度、定伸应力都产生了大的提高，伸长率和撕裂强度下降。

加入环氧树脂的配方经二段硫化后，拉伸强度、定伸强度也都产生了提高，而且撕裂强度也有所提高；拉断伸长率长生了下降。这可能是由于胶料交联密度的提高以及环氧树脂的固化所产生的综合作用所致。

表3 环氧树脂用量对硫化胶物理机械性能的影响

表4 二段硫化工艺对胶料物理机械性能的影响

3 结论

（1） 在实验范围内，随环氧树脂含量的增加，混炼胶门尼黏度降低，工艺性能变好；

（2） 随环氧树脂含量的增加，一段硫化胶料的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度下降，拉断伸长率提高；

（3）经过二段硫化后，胶料拉伸强度、定伸强度提高，撕裂强度和拉断伸长率下降，但是加有环氧树脂的胶料的撕裂强度提高。

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（R-02）

TQ333.7 TQ335

1009-797X（2015）23-0009-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.003

焦富强（1981-），男，徐州工业职业技术学院材料系讲师，长期从事高分子材料技术与加工专业的研究。

2015-03-15