吳莉莉1，袁維娜2(1.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，山東濟(jì)南 250102;2.云南震安減震技術(shù)有限公司，云南昆明 650000)
摘 要：通過力學(xué)性能、耐油、耐水、RPA(橡膠加工分析儀)等測試，研究了超細(xì)滑石粉與白炭黑并用對淺色丁腈橡膠性能的影響。結(jié)果表明，隨著滑石粉與白炭黑并用比的增加，100%定伸應(yīng)力和壓縮永久變形性能提高，其他力學(xué)性能有所降低，最佳并用比為2/3～3/2;加入滑石粉有利于提高膠料的耐熱、耐油、耐水性能及加工性能，可用于O型圈和油封等密封領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：丁腈橡膠;滑石粉;白炭黑;RPA
中圖分類號：TQ330.1+5;TQ333.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005-4030(2014)05-0044-04
沉淀法白炭黑是傳統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)填料，具有高比表面積、高活性、獨(dú)特物理化學(xué)性能，在白色和淺色填料中補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)異，大量用于制造淺色橡膠制品，降低生熱、提高撕裂性能以及抗?jié)窕阅躘1]。但白炭黑也存在難以解決的問題。當(dāng)橡膠中添加大量的白炭黑時，填料之間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，膠料的粘度會大幅度升高，給膠料的加工性能造成不良影響。為了促進(jìn)白炭黑在橡膠制品中更為廣泛地使用，需排除這些加工問題[2]。
滑石粉是一種天然片狀礦物，理論化學(xué)組成SiO263.47%，MgO31.68%，H2O 4.75%，Mg(OH)20.10%[3]，配方設(shè)計人員一直使用它來改善橡膠的加工性能，從而使粘度降低，模內(nèi)流動性提高，以莫氏硬度來衡量，它在所有工業(yè)礦物中是最軟的，因此可較大限度地減少對加工設(shè)備的磨損[4]。同時價格低廉，僅為白炭黑的2/3左右。
本文利用滑石粉的這一優(yōu)點，將滑石粉與白炭黑并用，研究其對淺色丁腈橡膠性能的影響。
1·實驗部分
1.1 主要原材料
NBR，LG6280，韓國現(xiàn)代(LG)公司;白炭黑，N255(沉淀法，1000目，密度約2.32g/cm3)，南吉化學(xué)工業(yè)有限公司;滑石粉，8000目，密度約2.78g/cm3，桂林龍勝日升超細(xì)滑石粉有限公司;其他配合劑均為橡膠工業(yè)市售品。
1.2 基本配方
LG6280，100;ZnO，5;SA，2;MB，1.5;防RD，0.5;RF-70，3;SI-69，4;DOP，5;S-120，2;S-80，0.5;TMTD，1.5;促CZ，2;DTDM，3;N255/滑石粉，變量。
1.3 主要儀器與設(shè)備
雙輥開煉機(jī)，Φ160×320，佰弘機(jī)械(上海)有限公司;橡膠加工分析儀，RPA2000，美國阿爾法公司;邵爾A硬度計和Z010高低溫材料試驗機(jī)，德國Zwick公司;GT-H2000-PA無轉(zhuǎn)子硫化儀，GT-7017-L型老化恒溫箱，GT-7080-32 型門尼粘度儀，GT-7012-T型Taber磨耗機(jī)均為高鐵檢測儀器有限公司。
1.4 試樣制備
膠料混煉：調(diào)整開煉機(jī)輥距，先后加入生膠、白炭黑、SI-69、滑石粉進(jìn)行混煉，然后再加入小料、DOP、硫化劑，薄通6次，下片，停放過夜，用前返煉5min。
膠料硫化：稱取質(zhì)量7～8g混煉膠進(jìn)行流變儀測試，確定170℃時的正硫化時間t90，在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化條件為170℃×t90。
1.5 測試方法
拉伸剪切強(qiáng)度：按GB/T 13936-1992測試，剪切拉伸速度為50mm/min;RPA 應(yīng)變掃描：溫度60℃，頻率1Hz，應(yīng)變范圍為0.27%～98%;壓縮永久變形：按GB/T 7759-1996測試，B型試樣，測試條件為100℃×70h，壓縮率25%;耐油性能：ASTM-1#和3#標(biāo)準(zhǔn)油，測試條件為100℃×70h;其他各項性能均按相應(yīng)最新國家準(zhǔn)標(biāo)進(jìn)行測試。
2·結(jié)果與討論
表1為滑石粉/白炭黑并用比所對應(yīng)的白炭黑和滑石粉的用量，即0～100%的白炭黑被滑石粉等體積取代，由兩者密度計算出1.2份滑石粉與1份白炭黑體積相當(dāng)。
2.1 硫化特性
表2為滑石粉/白炭黑對NBR硫化特性的影響。對于硫黃硫化體系，白炭黑表面存在親水性的硅醇基團(tuán)，它可以與可溶性的鋅鹽和促進(jìn)劑發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致白炭黑填充橡膠焦燒時間延遲，硫化時間增加。滑石粉取代部分白炭黑后，會改善此類問題，并且能夠促進(jìn)硫黃硫化NBR 膠料的硫化進(jìn)程，但同時滑石粉與橡膠的相互作用能力遠(yuǎn)低于白炭黑。如表2所示，隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，焦燒時間(t10)稍有縮短，正硫化時間(t90)明顯縮短，硫化速度提高;MH，ML和MH-ML均有所降低，但降低幅度逐漸減小。
2.2 門尼粘度
表3為滑石粉/白炭黑并用比對NBR門尼粘度的影響。由于白炭黑表面存在硅醇基，白炭黑之間以及白炭黑與橡膠之間形成的氫鍵多，結(jié)合能力強(qiáng)，膠料的分子鏈運(yùn)動能力減弱。而滑石粉結(jié)構(gòu)中二氧化硅表面無硅醇基，僅Mg(OH)2中含有-OH鍵，形成的氫鍵少，對膠料的分子鏈運(yùn)動無限制。如表3所示，隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，膠料的門尼粘度值呈降低趨勢，但降低幅度逐漸減弱，材料的加工流動性能得到優(yōu)化和改善。在加工過程中，可以縮短混煉時間，提高膠料在擠出以及模壓硫化時的流動性，并降低壓延和擠出生熱量。
2.3 力學(xué)性能影響
滑石粉/白炭黑并用比對膠料力學(xué)性能的影響如表4所示。隨著并用比的增加，膠料的硬度、200%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度均逐漸下降，耐磨性能減弱，但100%定伸應(yīng)力稍有增大，對回彈性能無影響，壓縮永久變形性能改善。因此，滑石粉的加入使力學(xué)性能降低，最高取代量不能超過60%。在密封領(lǐng)域，如O 型圈和骨架油封來說，小定伸應(yīng)力提高對于產(chǎn)品的使用性能是有利的。但耐磨性降低不利于動密封的使用，需要加入適量的潤滑劑提高耐磨性。
2.4 耐介質(zhì)性能
分別選擇1#標(biāo)準(zhǔn)油，3#標(biāo)準(zhǔn)油，水，熱空氣作為介質(zhì)，對膠料進(jìn)行測試，耐油測試條件為100℃×70h，耐水測試條件為99℃×70h，熱空氣老化測試條件為100℃×70h，結(jié)果如圖1及表5所示。
圖1為不同介質(zhì)下滑石粉/白炭黑并用比對NBR定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率的影響。表5為不同介質(zhì)下滑石粉/白炭黑并用比對NBR硬度及體積、質(zhì)量變化的影響。從圖1(a)～(d)可知，隨滑石粉/白炭黑并用比的增加，其性能變化規(guī)律與常溫時變化規(guī)律基本一致;與老化前相比，100%，200%定伸應(yīng)力增加，拉斷伸長率降低;熱空氣老化使拉伸強(qiáng)度增加，其他介質(zhì)中老化的拉伸強(qiáng)度均下降;老化后，隨著并用比的增加，除拉斷伸長率變化值逐漸增加外，其他性能的變化值逐漸減小。由表5可知，各種介質(zhì)老化條件下，并用比增加對膠料的硬度、體積和質(zhì)量變化影響不大。綜合考慮，加入滑石粉，有利于提高膠料的耐熱性能、耐油性能及耐水性能。
2.5 RPA分析
圖2為NBR膠料的儲能模量(G′)和損耗因子(tanδ)與應(yīng)變的關(guān)系。由圖2(a)可看出，膠料都呈現(xiàn)出Payne效應(yīng)，即G′隨應(yīng)變振幅的增大而減小，且隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，G′逐漸降低。由圖2(b)看出，隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，tanδ逐漸增大。這表明加入滑石粉使膠料的粘性增加，彈性降低，容易加工。
3·結(jié)論
1)隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，膠料的t90明顯縮短，硫化速度提高，門尼粘度逐漸降低，除100%定伸應(yīng)力和壓縮永久變形性能提高之外，其他力學(xué)性能均有所降低，最佳并用比為2/3～3/2。
2)加入滑石粉有利于提高膠料的耐熱性能、耐油性能及耐水性能，可應(yīng)用于密封領(lǐng)域，如O型圈和油封配方當(dāng)中。
3)隨著滑石粉/白炭黑并用比的增加，G′逐漸降低，tanδ逐漸增大，這表明加入滑石粉使膠料的粘性增加，彈性降低，容易加工。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙杰，劉甲，錢海燕.沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應(yīng)用[J].無機(jī)鹽工業(yè)，2009，41(7)：9-11.
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