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新型白炭黑对天然橡胶性能的影响


                                  新型白炭黑对天然橡胶性能的影响
                                                 全鹏,方庆红
                  (沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110142)
    摘要:研究自制新型白炭黑对天然橡胶(NR)性能的影响,并与市售白炭黑进行对比。结果表明:与市售白炭黑NR胶料相比,自制白炭黑NR胶料的硫化时间缩短,拉伸强度、拉断伸长率、弹性和耐磨性能较好,生热较低,耐屈挠龟裂性能相当;自制白炭黑用量为30份时胶料综合性能最佳。
    关键词:白炭黑;天然橡胶;物理性能;耐磨性能;生热
    白炭黑为高度分散状的无定形粉末或絮状粉末,质轻,比表面积大,具有很高的补强性、电绝缘性、增粘性、多孔性、吸水性以及悬浮和振动液化特性,已广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、染料和油墨等领域,尤其在橡胶行业中,白炭黑以其优异的补强性能大量应用[1-6]。 白炭黑用于轮胎胶料中,可以有效降低轮胎的滚动阻力;用于在彩色橡胶制品胶料中,可以较大幅度提高橡胶制品的强度、耐磨性、耐老化性和耐色变性。
    1 ·实验
    1.1 原材料
    天然橡胶(NR),牌号为0901,西双版纳景阳橡胶有限公司产品;新型白炭黑,沸石酸法自制(采用多种分散剂并用以及用有机酸滴定),粒径100~200 nm,粒径分布均匀,具有补强性能胶料耐磨性能较市售白炭黑好以及胶料温升低的特点;炭黑N330,河北龙星集团有限责任公司产品;其它原材料均为市售品。
    1.2 试验配方
    NR,100;硬脂酸,2;氧化锌,4;防老剂4010NA,2;机油,5;硫黄,2.5;促进剂NOBS,1.5;促进剂TMTD,0.3;偶联剂Si69,1;炭黑N330,30;自制或市售白炭黑,变量。
    1.3 试样制备
    先将NR加入XK-160型开放式炼胶机(青岛环球机械股份有限公司产品)上塑炼,再依次加入硬脂酸、氧化锌、防老剂、白炭黑、偶联剂、炭黑和机油,最后加入硫黄和促进剂,混合均匀后出片,混炼胶放置20 h。胶料硫化在平板硫化机上进行,硫化条件为145 ℃×40 min。
    1.4 性能测试
    硬度采用XHS型邵尔橡塑硬度计(营口市材料试验机厂产品)按照GB/T 531.1—2008测试;拉伸性能采用Instron3365型万能材料试验机(美国因斯特朗公司产品)按照GB/T 528—2009测试,拉伸速率为500 mm·min-1,测试温度为室温;回弹值采用GT-7042-RE型冲击弹性试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 1681—2009测试;耐磨性能采用GT-7012-A型阿克隆耐磨试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 1689—1998进行测试;压缩生热采用GT-RH-2000型压缩生热试验机按照GB/T 1687—1993测试,试样为圆柱形(高度25 mm,直径17.8 mm),预应力为1.0 MPa,冲程为5.71 mm,温度为55 ℃;屈挠龟裂性能采用GT-7011-F型屈挠试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 13934—2006测试。
    2 ·结果与讨论
    2.1 硫化特性
    自制白炭黑与市售白炭黑胶料的硫化特性(145℃)对比如表1所示。从表1可以看出,自制白炭黑胶料与市售白炭黑胶料的t10和t90相差较大。这是由于无机填料的酸碱性对胶料的硫化特性影响较大,呈酸性的填料阻碍硫化,导致硫化时间延长;呈碱性的填料促进硫化,导致硫化时间缩短,本研究自制白炭黑呈碱性,而市售白炭黑呈酸性,因此自制白炭黑胶料与市售白炭黑胶料的硫化特性差异较大。
     
    2.2 物理性能
    自制白炭黑与市售白炭黑胶料(145 ℃×t90)的物理性能对比如图1~4所示。从图1~4可以看出:随着白炭黑用量增大,自制白炭黑胶料和市售白炭黑胶料的硬度均呈增大趋势,但自制白炭黑胶料硬度小于市售白炭黑胶料;自制白炭黑胶料的拉伸强度、拉断伸长率和回弹值均先增大后减小,自制白炭黑胶料的拉伸强度、拉断伸长率和回弹值大于市售白炭黑胶料,这是由于胶料的拉强度和拉断伸长率与填料粒径、分散性以及相容性有关。本研究自制白炭黑的粒径小于、分散性和相容性好于市售白炭黑,对胶料的补强性较好,因此胶料的物理性能较好。
     
    
    2.3 生热和耐磨性能
    自制白炭黑与市售白炭黑的生热和耐磨性能对比如图5和6所示。从图5和6可以看出,随着白炭黑用量增大,自制白炭黑胶料和市售白炭黑胶料的生热均上升,耐磨性能均先降低后提高,但自制白炭黑胶料的生热低于、耐磨性能优于市售白炭黑胶料。
    
    2.4 耐屈挠龟裂性能
    自制白炭黑与市售白炭黑的耐屈挠龟裂性能试验结果为:自制白炭黑和市售白炭黑用量为0~50份时,胶料屈挠6万次未出现屈挠龟裂现象。这说明自制白炭黑和市售白炭黑在偶联剂的作用下与橡注同图1。
    图5 自制白炭黑与市售白炭黑胶料的生热性能对比注同图1。
    图6 自制白炭黑与市售白炭黑胶料耐磨性能对比胶的相容性较好,耐屈挠龟裂性能较佳。
    3 ·结论
    (1)自制白炭黑呈碱性,可以促进NR胶料硫化,缩短NR胶料硫化时间,提高NR制品的生产效率。
    (2)与市售白炭黑NR胶料相比,相同用量的自制白炭黑NR胶料的拉伸强度、拉断伸长率、弹性和耐磨性能较好,生热较低,耐屈挠龟裂性能相当。
    (3)自制白炭黑用量为30份时,NR胶料的综合性能最佳。
参考文献:
[1]谭鑫,钟宏.白炭黑的制备研究进展[J] .化工技术与开发,2010,39(7):25-31.
[2]王艳玲,王佼. 白炭黑表面改性的研究现状[J]. 中国非金属矿工业导刊,2006,29(5):12-14.
[3]李素英,钱海燕.白炭黑的制备与应用现状[J]. 无机盐工业,2008,40(1):17-22.
[4]谈瑛,侯清麟.白炭黑的制备与应用研究进展[J] .广东化工,2010,37(12):1-9.
[5]刘俊渤,减玉春,昊景贵,等.纳米二氧化硅的开发与应用[J].长春工业大学学报,2001,32(4):14-16.
[6]陈龙,赵菲,赵树高.白炭黑/炭黑并用对轮胎胎面胶性能的影响[J] .特种橡胶制品,2013,34(1):13-16.


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