填充纤维素的丁苯橡胶硫化胶的各项性能
2015-11-19江畹兰编译
江畹兰 编译
(华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641)
填充纤维素的丁苯橡胶硫化胶的各项性能
江畹兰 编译
(华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641)
在丁苯橡胶生胶从胶乳中析出时,把由棉纤维制得的粉末状纤维加入胶乳中,制得填充纤维素的丁苯橡胶。文中研究了此种橡胶的各项性能。采用适宜的助剂使纤维素与橡胶良好地结合,以显著提高填充纤维素的丁苯橡胶的力学性能。
棉纤维;丁苯橡胶;纤维素填充剂;硫化特性;力学性能
目前,纤维及粉末状填充剂被广泛应用于橡胶工业制品的生产。将纤维素填充剂转变为粉末状填充剂,是制得有机粉末状填充剂的方法之一。这样,就可在生胶合成阶段加入大量填充剂,使其均匀地分散在生胶基体中。
撰写该文的目的是,研究当丁苯橡胶生胶由其胶乳中析出时,就加入纤维素填料的丁苯橡胶硫化胶的各项性能。
先将棉纤维粉碎,然后用硫酸溶液[20%~30%(质量)]对其进行处理,边搅拌边加热,这样便由棉纤维制得了粉末状填充剂。然后,将制得的糊状物(纤维浸渍在硫酸溶液中)进行过滤并烘干。对烘干后的粉末状物再粉碎,使之变成可细分散的粒子。由此得到的酸性粉末状填充剂中仍含有残余的硫酸。但这一美中不足之处,通过在乳液聚合生胶时,使用这种填充剂而得到弥补,即由胶乳中析出生胶时进行了酸化处理。
为了获得中性的粉末状纤维填充剂,宜用氢氧化钠溶液[1%~2%(质量)]对酸性的粉末状纤维素进行处理,再加以洗涤及烘干。
根据纤维素级分的组成,测得酸性纤维素填充剂粒子的加权平均直径约为0.57 mm、中性粒子约为0.14 mm,微晶纤维素约为0.15 mm(见图1)。文中所研究的纤维素的吸油值分别为67 cm3/100 g、59 cm3/100 g和83 cm3/100 g。
图1 纤维素填充剂级分组成
将纤维素粉末状粒子增大220~250倍,则主要是结晶体。酸性纤维素粉末填充剂的形状因子e/d(长度与直径之比)为1~9;中性的为1~25,微晶纤维素为1~8。这些针状填充剂存在于胶料中,对硫化胶可产生补强效应及弹性指标的各项异性。形状因子也决定了粉末状填充剂的分散密度上的差异:酸性纤维素的为0.68 g/cm3;中性的0.44 g/cm3;微晶的为0.79 g/cm3。
对制得的纤维素填充剂的元素组成进行了分析。结果表明,在中性的粉末状填充剂中存在着被结合硫酸盐;尤其在酸性粉末状填充剂中含量更多,而在微晶纤维素中则完全没有硫酸盐存在。
为了评估含粉末状填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК的硫化胶的各项性能,用标准配方按通用方法制得了胶料。含3%、5%、10%[按生胶量计(质量)]纤维素填充剂的硫化胶的硫化特性列于表1。
表1 填充粉末状纤维素填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК在160 ℃时的硫化过程的特性
随着纤维素填充剂含量的增加(从3%到10%),胶料在硫化时的最小转矩和最大转矩都有所增大。
纤维素填充剂还会延长胶料的硫化起步时间,但并不影响硫化完成时间(见表1)。
在硫化起步阶段微晶纤维素粒子上吸附了硫化剂的各个组分,而在硫化完成时又起到了解吸附剂的作用,这就解释了为何硫化时间延长、平均硫化速率提高,为何硫化胶交联密度增大的问题。
表2列示了胶料及填充硫化胶的力学性能。
表2 填充粉末状纤维素填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК的胶料及硫化胶的性能
(表未完)
(续表)
当中性的和微晶纤维素的填充量为1%~10%质量时,由于中性纤维素较大的形状因子(1~25)及微晶纤维素的大比表面积(м·ч= 83 cm3/100 g),使硫化胶的硬度提高,但不影响其回弹性。
由于中性纤维素粒子表面吸附了硫化剂的各个组分,从而使交联键浓度降低、硫化速率减缓及永久变形增大。随大形状因子(1~25)的中性粉末状纤维素填充剂在胶料中含量的增加,300%定伸应力呈线型增大。另一方面,由于大粒子级分的累积,使胶料中的缺陷点增加,导致硫化胶的强度和伸长率都下降。
增加微晶粉末状纤维素填充剂在胶料中的含量,可提高硫化胶的300%定伸应力,降低硫化胶在溶剂中的溶胀速率,提高交联密度及硫化速率,减小强度和拉断伸长率。这是由于微晶纤维素粒子与橡胶润湿不良,以及在聚合物中积累了缺点所致。
综上所述,选择好能使纤维素与橡胶胶料良好结合的助剂,才能显著改善丁苯橡胶的弹性强度。
[1] Лугачева И.Н 等 Свойства вулканизатов на оснве Бутадиен-стиральнго каучука в присутствии цсллюлозных наполнителей[J]. каучук и резина 2012(5)∶22-24.
[责任编辑:张启跃]
TQ 333.1
B
1671-8232(2015)12-0015-03
2013-10-21
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。