改性劑用量對紫炭黑填充天然橡膠/順丁橡膠并用膠性能的影響

吳第祥，賓 健，趙艷芳*，陳勇金

（1.海南省先進天然橡膠復合材料工程研究中心有限公司，海南 澄邁 570125；2.海南大學材料與化工學院，海南 海口 570228）

天然橡膠（NR）因具有優異的加工性能和物理性能而應用廣泛[1]。順丁橡膠（BR）的彈性和耐磨性能好，生熱和玻璃化溫度低，適用于制備輪胎和耐寒橡膠制品。但BR加工性能、粘合性能、抗濕滑性能和抗撕裂性能不佳，一般不單獨使用[2]。BR與NR并用，可以降低橡膠制品的價格并提高其性能[3]。

炭黑是重要的橡膠補強填料，但其原料石油和天然氣為不可再生資源，尋找可替代炭黑的新型補強材料成為近年來研究的熱點。紫炭黑是海南省近年發現的一種新型無機礦物質，具有優異的耐熱性能和半補強性能，可降低膠料的生熱，提高彈性、耐疲勞性能、耐老化性能和耐油性能等[4]。但與炭黑相比，紫炭黑對橡膠的補強性能仍有一定差距。

改性劑（間苯二酚/六次亞甲基四胺共混物）的含氮基團可與紫炭黑表面的羥基發生化學反應生成氫鍵，從而改善橡膠與紫炭黑的潤濕性，并加強橡膠-紫炭黑界面的相互作用，增強紫炭黑對膠料的補強性能，從而提高膠料的物理性能[5]。

本工作研究改性劑用量對紫炭黑填充NR/BR并用膠性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號SCR WF，海南天然橡膠產業集團股份有限公司產品；BR，牌號9000，福建省福橡化工有限責任公司產品；紫炭黑（理化性能見表1），粒徑為0.01 mm，佛山綠能科技有限公司產品；間苯二酚，分析純，廣州市化學試劑廠產品；六次亞甲基四胺，分析純，天津市福晨化學實驗廠產品。

表1 紫炭黑的理化性能

1.2 試驗設備與儀器

JTC-751型開煉機，呼和浩特新生聯合機械制造廠產品；QLB-D350×350×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；MDR-2000E型硫化儀和WX-76型阿克隆磨耗機，無錫蠡園電子化工設備廠產品；XL-50A型拉力試驗機，廣州市廣材實驗儀器有限公司產品；Q600型熱重（TG）分析儀，美國TA儀器公司產品；S-3000N型掃描電子顯微鏡（SEM），日本日立公司產品。

1.3 試驗配方

NR，75；BR，25；紫炭黑，30；氧化鋅，4；硬脂酸，3；增塑劑DBP，4；石蠟，1；防老劑D，1；防老劑4010NA，1.5；防老劑4010NA，1.2；促進劑CZ，0.9；硫黃，1.2；改性劑[間苯二酚/六次亞甲基四胺（質量比1/0.7）共混物]，變量。

1.4 膠料制備

膠料混煉在開煉機上進行。加料順序為：NR和BR→石蠟和硬脂酸→氧化鋅、促進劑CZ、改性劑、防老劑D和防老劑4010NA→紫炭黑→增塑劑DBP→硫黃→混煉均勻→薄通→卷取→下片。

1.5 性能測試

硫化膠熱穩定性采用TG分析儀進行測試，試驗條件為：氣氛 空氣，升溫速率 10 ℃·min－1，溫度 30～500 ℃。

硫化膠斷面結構用SEM觀察。將試樣拉伸斷面進行噴金處理，觀察紫炭黑在膠料中的分散情況[6]。

膠料其他性能測試按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 改性劑用量對膠料物理性能的影響

改性劑用量對紫炭黑填充NR/BR并用膠物理性能的影響見表2。

從表2可以看出：隨著改性劑用量增大，膠料t10和t90先延長后縮短，Fmax先減小后增大，Fmax－FL略微增大，表明交聯密度增大；硬度、300%定伸應力、500%定伸應力提高，拉伸強度、撕裂強度先下降后提高，拉斷伸長率減小，拉斷永久變形變化不大，阿克隆磨耗量先增大后減小[7]，熱老化后的硬度、拉伸強度和拉斷伸長率變化不大。總的來看，當改性劑/紫炭黑用量比為4%時，膠料的物理性能較好。

2.2 TG分析

膠料的TG曲線見圖1。通過雙切線法求得膠料的初始降解溫度（θ0）、最大降解速率溫度（θp）和終止降解溫度（θf），各熱降解特征參數見表3。

圖1 紫炭黑填充NR/BR并用膠的TG曲線

表3 紫炭黑填充NR/BR并用膠的熱降解特征參數

從圖1和表3可以看出，與1#配方膠料相比，2#配方和3#配方膠料的θ0和θp較高，θf較低，說明2#配方和3#配方膠料的熱穩定性優于1#配方膠料，添加改性劑能在一定程度上改善膠料的熱穩定性。

2.3 膠料的SEM照片

膠料的SEM照片如圖2所示。

圖2 紫炭黑填充NR/BR并用膠的SEM照片（放大5000倍）

從圖2可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方和3#配方膠料斷面模糊，呈層狀結構，說明添加改性劑后紫炭黑與橡膠相容良好，紫炭黑與橡膠的界面作用增強，對膠料的補強性能提高。

3 結論

（1）隨著改性劑用量增大，膠料的硬度和定伸應力提高，拉伸強度、撕裂強度先下降后提高，阿克隆磨耗量先增大后減小。當改性劑/紫炭黑用量比為4%時，膠料的物理性能較好。

（2）添加改性劑后紫炭黑能在一定程度上改善膠料的熱穩定性。

（3）添加改性劑后紫炭黑與膠料相容良好。