纳米凹凸棒土/炭黑复合填料对天然橡胶/丁苯橡胶/顺丁橡胶并用胶性能的影响

2018-07-24仲启坤李慧敏张兆红

橡胶科技 2018年1期

仲启坤，李慧敏，徐浩，张兆红

（徐州工业职业技术学院，江苏徐州 221140）

凹凸棒土又名坡缕石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物材料，其比表面积较大，稳定性良好，价格低廉[1-4]，通常用作吸附剂、橡胶填料、增稠剂、粘结剂和饲料添加剂等[5-8]。有机物改性纳米凹凸棒土对橡胶有一定的补强和填充作用，能提高胶料的物理性能，补强效果优于碳酸钙[9]。我国辽宁、山东和江苏等省均有凹凸棒土矿资源，其中江苏盱眙的凹凸棒土矿资源储量丰富[10]。近年来，纳米凹凸棒土在橡胶中的应用研究较多，但在实际生产中的应用较少，纳米凹凸棒土在橡胶制品中的应用研究有待进一步深入。

本工作主要研究纳米凹凸棒土/炭黑N770/炭黑N330复合填料中纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR）/顺丁橡胶（BR）并用胶性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，SMR20，马来西亚产品；SBR，牌号1712，中国石油兰州化学工业公司产品；BR，牌号9000，中国石油吉林石化公司产品；纳米凹凸棒土，江苏玖川纳米材料科技有限公司产品；炭黑N770和炭黑N330，江苏省海安县东洋化工厂产品。

1.2 配方

NR 30，SBR 45，BR 25，纳米凹凸棒土或其他无机填料（陶土、轻质碳酸钙和白炭黑）/炭黑88（炭黑N330用量为43份，纳米凹凸棒土或其他无机填料/炭黑N770用量为45份），氧化锌 4，硬脂酸 3，防老剂 1.75，芳烃油 35，石蜡 2.5，硫黄 2，促进剂TBBS 0.9，促进剂TMTD 0.2。

1.3 试验设备和仪器

XK-160型开炼机，广东省湛江机械厂产品；QLB-50D/Q平板硫化机，无锡市第一橡塑机械有限公司产品；GT-M2000-A型无转子硫化仪和AI-7000-GD型拉力试验机，高铁科技股份有限公司产品；WPS-100型橡胶疲劳试验机，江都真威试验机械有限公司产品。

1.4 胶料制备

胶料混炼在开炼机上进行，辊温为40～50 ℃，辊距为1.5 mm。混炼工艺为：生胶塑炼后加入氧化锌、硬脂酸和填料等，混炼均匀，再加入促进剂和硫黄，薄通，下片，停放4～72 h。

胶料在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为148 ℃/15 MPa×t90。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶性能的影响

2.1.1 硫化特性

纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶硫化特性的影响如表1所示。

表1 纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶硫化特性（148 °C）的影响

从表1可以看出，用纳米凹凸棒土部分等量替代炭黑N770，随着纳米凹凸棒土用量增大，并用胶的FL和Fmax增大，t10缩短，t90明显延长。这说明纳米凹凸棒土有较好的补强作用和延迟硫化作用。

应该注意的是，随着纳米凹凸棒土用量增大，纳米凹凸棒土在橡胶中的分散难度加大，胶料流动性变差，因此应适当控制纳米凹凸棒土用量。

2.1.2 物理性能

纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶物理性能的影响如表2所示。

表2 纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶物理性能的影响

从表2可以看出，用纳米凹凸棒土部分等量替代炭黑N770，随着纳米凹凸棒土用量增大，并用胶的硬度、100%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度均呈增大趋势。这说明纳米凹凸棒土的补强效果比炭黑N770好。

2.1.3 耐老化性能

纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶耐老化性能的影响如表3所示。

表3 纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶100 °C×24 h老化后性能的影响

从表3可以看出：纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比为20/25和30/15时，并用胶老化后拉伸强度下降率较大；综合来看，在试验范围内，纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比为40/5时，并用胶的耐老化性能较好。

2.1.4 耐磨性能

纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶耐磨性能的影响如表4所示。

表4 纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶耐磨性能的影响

从表4可以看出，随着纳米凹凸棒土用量增大，并用胶的耐磨性能提高。

2.1.5 耐屈挠性能

纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比对NR/SBR/BR并用胶耐屈挠性能的影响如表5所示。

表5 不同纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比的NR/SBR/BR并用胶的屈挠裂口情况

从表5可以看出：当纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比为10/35时，并用胶屈挠3万次后出现长度为0.5～1 mm的龟裂点，屈挠4万次后裂口长度扩展到1～1.5 mm，并用胶的耐屈挠性能较差；当纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比为20/25时，并用胶屈挠4万次后出现龟裂点；随着纳米凹凸棒土用量增大，即纳米凹凸棒土/炭黑N770用量比为30/15和40/5时，并用胶的耐屈挠性能明显提高。

2.2 纳米凹凸棒土与其他无机填料性能对比

分别将纳米凹凸棒土/炭黑复合填料和其他无机填料（陶土、轻质碳酸钙和白炭黑）/炭黑复合填料用于NR/SBR/BR并用胶，对比纳米凹凸棒土与陶土等其他无机填料的性能，试验结果如表6所示。

表6 纳米凹凸棒土与其他无机填料性能对比

从表6可以看出：添加纳米凹凸棒土/炭黑复合填料和陶土/炭黑复合填料的并用胶的综合性能明显优于添加白炭黑/炭黑复合填料和轻质碳酸钙/炭黑复合填料的并用胶；添加纳米凹凸棒土/炭黑复合填料的并用胶的拉伸强度和撕裂强度较高，耐屈挠性能优异，但磨耗量稍大；添加陶土/炭黑复合填料的并用胶的拉断伸长率较大，拉伸强度和撕裂强度也较高，磨耗量较小，耐屈挠性能次于添加纳米凹凸棒土/炭黑复合填料的并用胶。