張喜亮1,涂善東2,賈德民3(1·華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200237; 2·華東理工大學(xué)化工機(jī)械研究所,上海200237; 3·華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州510640)

摘要:考察了固態(tài)原位接枝改性制備的甲基丙烯酸接枝改性炭黑對(duì)天然橡膠(NR)和順丁橡膠(BR)靜態(tài)力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,甲基丙烯酸改性炭黑比普通商品炭黑填充的NR硫化膠具有更好的靜態(tài)力學(xué)性能;甲基丙烯酸改性炭黑更有利于降低NR和BR硫化膠的滾動(dòng)阻力,同時(shí),有利于提高NR硫化膠的抗?jié)窕浴?/p>

關(guān)鍵詞:甲基丙烯酸;固態(tài)原位接枝;炭黑;天然橡膠;順丁橡膠;力學(xué)性能;動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

中圖分類號(hào):TQ 330·38文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1000-1255(2005)04-0293-03

炭黑是工業(yè)應(yīng)用最早的納米粉體材料,因其具有無法比擬的增強(qiáng)效果,故在橡膠工業(yè)中的地位是不可代替的。然而,目前商業(yè)炭黑還存在著一些問題,如如何降低其滾動(dòng)阻力和提高其抗?jié)窕缘?。為解決這些問題,國外開發(fā)了低滯后炭黑、轉(zhuǎn)化炭黑,但其力學(xué)性能受到了一定影響。在炭黑改性方面,進(jìn)行了大量的研究[1~8],因其多為液相中的改性,成本比較高,不適宜擴(kuò)大規(guī)模。本課題組提出乙烯基單體固態(tài)原位接枝改性炭黑的方法[9],并研究了馬來酸酐改性炭黑對(duì)天然橡膠(NR)黏合及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響[10]。本工作考察了甲基丙烯酸(MAA)固態(tài)原位接枝改性炭黑對(duì)NR力學(xué)性能及NR、順丁橡膠(BR)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1·1　原材料

NR, 20#標(biāo)準(zhǔn),海南天然橡膠廠產(chǎn)品。BR,申江牌,上海高橋石油化工公司化工廠產(chǎn)品。白炭黑,沉淀水合二氧化硅,福建省泰寧合成氨總廠白炭黑廠產(chǎn)品。炭黑、促進(jìn)劑NOBS、促進(jìn)劑CZ、防老劑4010 NA、不溶硫黃IS 60、氧化鋅、硬脂酸、操作油等,均由廣州珠江輪胎有限公司提供。MAA固態(tài)原位接枝改性炭黑,自制。

1·2　試樣制備

基本配方(質(zhì)量份):橡膠100,炭黑32·5,白炭黑12·5,氧化鋅8,硬脂酸2,操作油4,防老劑4010 NA 2,促進(jìn)劑CZ 0·6,促進(jìn)劑NOBS 0·6,IS 60 2·5。

在160雙輥開煉機(jī)(152 mm×305 mm)上制備混煉膠,輥筒速比為1∶1·42。橡膠塑煉后添加小料,接著添加白炭黑、炭黑,最后添加硫黃。膠料放置24 h后返煉,采用25 t平板硫化機(jī)按正硫化時(shí)間進(jìn)行硫化。

1·3　分析與測試

力學(xué)性能　拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、扯斷伸長率、拉伸永久變形等采用國產(chǎn)DXLL-2500型電子拉力機(jī)按GB 528—82進(jìn)行測試;撕裂強(qiáng)度(直角、無缺口試樣)按GB 530—81進(jìn)行測試。老化條件為: (100±1)℃, 48 h。

硫化特性　采用美國Alpha科技有限公司生產(chǎn)的RPA 2000型橡膠加工性能分析儀進(jìn)行測試。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能　采用美國TA公司生產(chǎn)的DMA 2980型動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀進(jìn)行測試。測試條件:頻率10 Hz,應(yīng)變溫度-120~120℃,升溫速率3℃/min,采用拉伸夾具。

2　結(jié)果與討論

2·1　靜態(tài)力學(xué)性能

由表1可以看出,添加MAA改性炭黑N 330比添加普通炭黑N 330的NR硫化膠300%定伸應(yīng)力、500%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、邵爾A型硬度有明顯提高;且老化后仍保持較高的拉伸強(qiáng)度、邵爾A型硬度、扯斷伸長率,但300%定伸應(yīng)力有一定幅度的下降。MAA改性炭黑N 330對(duì)NR硫化膠的撕裂強(qiáng)度、回彈性影響不大。

由表2可看出,添加MAA改性炭黑N 220有利于提高NR硫化膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率、邵爾A型硬度,降低了壓縮生熱, 300%定伸應(yīng)力、500%定伸應(yīng)力有一定幅度的下降,對(duì)其撕裂強(qiáng)度和回彈性影響不大。添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化膠老化后,保持了較高的拉伸強(qiáng)度,特別是扯斷伸長率仍達(dá)492%。

2·2　動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

2·2·1　MAA改性炭黑對(duì)BR硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

由圖1可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的BR硫化膠在60℃附近的損耗因子(tanδ)明顯小于添加普通炭黑N 220的BR硫化膠。這說明添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化膠的滾動(dòng)阻力。

2·2·2　MAA改性炭黑對(duì)NR硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

由圖2可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化膠在60℃的tanδ明顯小于添加普通炭黑N 220的NR硫化膠,而前者在0℃的tanδ略高于后者。這說明添加MAA改性炭黑N 220不但有利于降低NR硫化膠的滾動(dòng)阻力(60℃的tanδ約降低11%, 70℃的tanδ約降低25% ),同時(shí)有利于提高NR硫化膠的抗?jié)窕?0℃的tanδ增大約10% )。

3　結(jié)　論

a)添加MAA改性炭黑有利于提高NR硫化膠的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率,且老化后具有較高性能保持率,有利于降低硫化膠的壓縮疲勞生熱。b)添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化膠的滾動(dòng)阻力;有利于降低NR硫化膠滾動(dòng)阻力的同時(shí)提高其抗?jié)窕浴?/p>