劉玉鵬,杜愛(ài)華,劉付永,姚　薇,黃寶琛(青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266042)

摘　要:研究了炭黑種類及用量對(duì)CR/TPI并用膠的影響。結(jié)果表明:隨著炭黑粒徑的增大,混煉膠焦燒時(shí)間有增大的趨勢(shì),正硫化時(shí)間也隨之延長(zhǎng);硫化膠交聯(lián)程度降低;硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、壓縮生熱溫升、屈撓性能和炭黑分散度隨之降低;常溫下回彈性能、磨耗性能提高;硫化膠的老化性能略有提高。添加炭黑N330硫化膠的綜合性能最好。隨著炭黑N330用量的增加,硫化膠拉伸強(qiáng)度先增大后減少,炭黑40份左右達(dá)到最大值,斷裂伸長(zhǎng)率減少,磨耗性能和屈撓性能降低,壓縮生熱溫升、邵爾A硬度增大,常溫下回彈性能提高。

關(guān)鍵詞:炭黑;氯丁橡膠;反式-1,4-聚異戊二烯;硫化特性;物理機(jī)械性能

中圖分類號(hào):TQ330.38+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-3174(2006)06-0010-04

氯丁橡膠(CR)分子以反式-1,4結(jié)構(gòu)為主,具有規(guī)整的分子排列和可逆的結(jié)晶性能;且由于分子鏈雙鍵碳上所連氯的共軛效應(yīng)和誘導(dǎo)效應(yīng),使雙鍵和氯的反應(yīng)活性降低,不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),用CR制成的橡膠制品具有良好的穩(wěn)定性和耐老化性。另外,氯丁橡膠還具有良好的耐屈撓性,故被廣泛應(yīng)用于制造鐵路軌枕墊、橋梁支座和伸縮縫、礦井升降車和油槽基礎(chǔ)的支撐墊及車輛懸掛系統(tǒng)的空氣彈簧等[1,2]。CR中并用反式-1,4-聚異戊二烯(TPI)后,屈撓性能得到大幅提高[3]。炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補(bǔ)強(qiáng)性填料,炭黑性能對(duì)填充聚合物體系的加工性能和成品性能具有決定性的影響。本實(shí)驗(yàn)選擇了橡膠工業(yè)中幾種常用的炭黑,考察了它們對(duì)CR/TPI并用膠性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　原材料

CR(Baypren 100):德國(guó)Bayer公司產(chǎn)品;TPI:實(shí)驗(yàn)室自制,用負(fù)載鈦體系催化異戊二烯本體沉淀聚合法在100 L聚合釜中合成,反式-1,4-結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)大于98%,用氫氣作為鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)節(jié)分子量;炭黑:德固薩化學(xué)有限公司;其它原材料均為市售工業(yè)品。

1.2　基本配方(質(zhì)量份)

CR 90, TPI 10,高活性MgO 4, ZnO 5,HVA-2 1,硬脂酸0.5,DOP 10,微晶石蠟1.5,防OD 3,促進(jìn)劑TMTD 1.3,炭黑變量。

1.3　儀器和設(shè)備

XK-160開(kāi)煉機(jī):上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;GT-M2000-A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀:臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品;HS50~1000(TON)熱壓成型機(jī):佳鑫電子設(shè)備科技(深圳)有限公司產(chǎn)品;AT-7000M電子拉力實(shí)驗(yàn)機(jī):臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品;GT-7011D屈撓試驗(yàn)機(jī):臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品;401A型老化實(shí)驗(yàn)箱:上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠產(chǎn)品。

1.4　試樣制備

(1)開(kāi)煉機(jī)混煉工藝:將CR與TPI混煉薄通10次高活性MgO、硬脂酸、微晶石蠟、防老劑炭黑DOP硫化劑、促進(jìn)劑左右3/4割刀各3次薄通5次下片。

(2)硫化:按硫化儀測(cè)定的正硫化時(shí)間(tc90)在平板硫化機(jī)上于150℃下硫化制備試樣,硫化壓力為12~15 MPa。

1.5　性能測(cè)試

拉伸性能按GB/T528—1992測(cè)試;撕裂強(qiáng)度按GB/T529—1999測(cè)試,采用直角型試樣;邵爾A型硬度按GB/T531—1999測(cè)試;熱空氣老化性能按GB/T3512—2001測(cè)試;屈撓龜裂性能按GB/T13934—1992測(cè)試,采用半圓形斷面試樣;壓縮永久變形按GB/T7759—1996測(cè)定,A型試樣,70℃×24 h,壓縮率25%;磨耗性能按照DIN-53516 (the German Institute for Standardiza-tion)測(cè)試;炭黑分散性能按照ASTM2633測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1　不同種類炭黑對(duì)并用膠性能的影響

2.1.1　混煉膠的硫化特性

加入不同種類炭黑的各配方其混煉膠的硫化特性見(jiàn)表1。

由表1可知,在CR/TPI并用膠中,從2#到5#,隨著炭黑粒徑的增大,焦燒時(shí)間有增大的趨勢(shì),正硫化時(shí)間也隨之延長(zhǎng);最低轉(zhuǎn)距和最高轉(zhuǎn)距以及MH-ML隨之減少,說(shuō)明粒徑大的炭黑形成炭黑凝膠的能力較弱,交聯(lián)程度較低。

2.1.2　硫化膠的物理機(jī)械性能

各配方膠料的物理機(jī)械性能見(jiàn)表2和圖1。炭黑在硫化膠中的分散性能見(jiàn)圖2。

由表2和圖1可知,隨著炭黑粒徑的增大,硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、壓縮生熱溫升、屈撓性能隨之降低;邵爾A硬度有降低的趨勢(shì);常溫下回彈性能和磨耗性能提高。隨著炭黑粒徑的增大,比表面積減少,炭黑與分子鏈結(jié)合程度降低,而且,炭黑粒徑越大,在拉伸過(guò)程中炭黑與分子鏈之間越容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,因此,拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率有降低的趨勢(shì)。硫化膠老化前后的拉伸強(qiáng)度變化率先減少后增大,扯斷伸長(zhǎng)率變化率幾乎不變,可見(jiàn),隨著炭黑粒徑的增大,硫化膠的老化性能略有提高。由表2及圖2可知,隨著加入炭黑粒徑的增大,硫化膠中炭黑平均粒徑有增大的趨勢(shì),炭黑分散度降低。由以上分析可知,炭黑N330的綜合性能最好。

2.2　炭黑N330用量對(duì)并用膠性能的影響

2.2.1　混煉膠的硫化特性

混煉膠的硫化特性見(jiàn)表3。

由表3可知,隨著炭黑用量的增加,硫化膠的焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間均減少,硫化速度增大,MH-ML值增大表明硫化程度提高。

2.2.2　硫化膠的物理機(jī)械性能

硫化膠的物理機(jī)械性能見(jiàn)表4。

由表4和圖3可知,隨著炭黑N330用量的增加,拉伸強(qiáng)度先增大后減少,40份左右達(dá)到最大值,這是因?yàn)殡S著炭黑用量的增加,炭黑與分子鏈之間的結(jié)合強(qiáng)度增大,隨著炭黑用量的進(jìn)一步增加,炭黑用量過(guò)大,以至于拉伸過(guò)程中炭黑聚集體與高分子鏈之間產(chǎn)生應(yīng)力集中,所以拉伸強(qiáng)度減少。隨著炭黑用量的增加,斷裂伸長(zhǎng)率減少,壓縮生熱溫升、邵爾A硬度增大,常溫下回彈性能提高,磨耗性能和屈撓性能降低。

3　結(jié)　論

(1)隨著炭黑粒徑的增大,混煉膠焦燒時(shí)間有增大的趨勢(shì),正硫化時(shí)間也隨之延長(zhǎng);硫化膠交聯(lián)程度降低。

(2)隨著炭黑粒徑的增大,硫化膠的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、壓縮生熱溫升、屈撓性能和炭黑分散度隨之降低;常溫下回彈性能和磨耗性能提高;硫化膠的老化性能略有提高。炭黑N330賦予硫化膠最好的綜合性能。

(3)隨著炭黑N330用量的增加,硫化膠拉伸強(qiáng)度先增大后減少,炭黑用量40份左右達(dá)到最大值,斷裂伸長(zhǎng)率減少,磨耗性能和屈撓性能降低,壓縮生熱溫升、邵爾A硬度增大,常溫下回彈性能提高。