新型填料QC在天然橡膠中的應用

張　馨，劉巨源，李曉光，梁　松(徐州工業職業技術學院材料工程系，江蘇 徐州 221140)

新型填料QC在天然橡膠中的應用

Application of new fillers QC in natural rubber

張馨，劉巨源，李曉光，梁松
(徐州工業職業技術學院材料工程系，江蘇 徐州 221140)

實驗研究了新型填料QC作為補強填充劑在NR中的應用效果∶與通用補強填充劑輕質碳酸鈣、凹凸棒土063、凹凸棒土002、白炭黑和炭黑進行了應用對比。結果表明，不同品種的補強填充劑在NR膠料應用中，QC的補強效果優于輕質碳酸鈣、凹凸棒土（063、002），低于白炭黑和炭黑，因此，QC具有一定的補強性；隨著QC用量的增加，硫化膠的硬度、定伸強度逐步增大，而拉伸強度、撕裂強度、扯斷伸長率先增大后減少，綜合考慮，QC在NR膠料中的適宜用量為60～80份。

新型填料QC；NR；性能

QC是廢舊硅橡膠制品經高溫化學裂解提取硅油后剩下的粉末經過40目篩網篩選得到的，其主要成分是二氧化硅，質量分數在0.90以上，DBP吸油值為1.5～3 ml/g，pH值為4。

為進一步減少環境污染，實現資源可循環利用，同時提高經濟效益，降低生產成本，本次實驗研究新型填料QC，作為補強填充劑在NR中與輕質碳酸鈣、凹凸棒土（063、002），白炭黑和炭黑進行對比的應用效果。

固體廢棄物的排放與噪聲污染、水污染和大氣污染一并稱為四大污染。針對當前生產過程中大量廢硅橡膠裂解殘渣不斷堆積、沒有進行有效處理造成污染這一發展現狀。本文從實驗的角度來考察QC在天然橡膠中的補強填充性能，選用不同的配比方案研究QC在天然壕膠中的適宜配比。實驗目的是實現資源可循環利用，同時提高經濟效益，降低生產成本。

1　實驗

1.1主要原材料

NR，牌號SCR5，海南農懇總公司產品；QC，常州偉業材料有限公司提供；凹凸棒土，江蘇玖川納米材料科技有限公司產品；輕質碳酸鈣，徐州陶瓷有限公司產品；沉淀法白炭黑，濮陽市光璞石化有限責任公司產品；炭黑N660， 山西飛鷹化工有限公司產品。

1.2配方

試驗配方見表1、表2。

1.3主要設備與儀器

X(S)K-160型開煉機、QLB-350×350×2平板硫化機，無錫第一橡塑機械設備廠；GTM2000-A型無轉子硫化儀、GT-AI-7000-GD高低溫拉力試驗機，高鐵科技股份有限公司。

表1　填料品種不同試驗配方

表2　QC變量試驗配方

1.4膠料的準備及試樣制備

1.4.1膠料制備工藝流程

烘膠—切膠—破膠—配料—塑煉—混煉—冷卻—停放。

膠料混煉時按試驗配方將塑煉膠與氧化鋅、硬脂酸、促進劑和防老劑在開煉機上混煉制成母煉膠，再加入相應補強填充劑和硫磺混煉均勻，得到混煉膠。

1.4.2試樣制備步驟

混煉膠經停放后用硫化儀測定膠料的硫化曲線，根據硫化曲線確定硫化時間，再于平板硫化機上硫化得到相應試樣。

1.5性能測試

硫化特性按GB/T 9869—1997測定，邵爾A型硬度按GB/T 531—1999測定，拉伸性能按GB/T 528—1998測定，熱空氣老化性能按GB/ T3512—2001測定。

2　結果與討論

2.1硫化性能

不同填料填充NR膠料的硫化曲線見表3，不同份數QC在NR膠料中的硫化曲線見表4。

從表3中可以看出，QC的焦燒時間較長，正硫化時間與白炭黑接近，最大硫化轉矩較低。

另外，從表4中得出，隨著QC用量的增加，膠料的MH逐步提升，表征出膠料的硬度會逐步增加；膠料的ML逐步提升，表征出膠料的流動性會逐步降低。隨著QC用量的增加，膠料的T10、T90逐步延長，說明QC有延遲硫化的特性，這和前期的其pH值為4的測定是相吻合的。

2.2不同補強填充劑的物理機械性能

不同填料填充NR膠料物理性能的影響見表5。

從表5中可以看出，QC硫化膠的老化前后硬度僅高于輕質碳酸鈣，明顯低于白炭黑、炭黑、凹凸棒土063、002，表明QC的增硬性差。

表3　補強填充劑品種對NR膠料硫化特性的影響

表4　不同份數QC對硫化特性的影響

由于NR具有良好的綜合性能，其分子結構規整性好，外力作用下可以發生結晶，為結晶橡膠，具有自補強性。因此幾種補強填充劑的補強效果與自身的結構性有關。從表5中看出，QC的硫化膠的拉伸強度高于輕質碳酸鈣、凹凸棒土063、002，低于白炭黑、炭黑； QC硫化膠老化前后的扯斷伸長率最大，明顯優于其他幾種補強劑。老化后的炭黑、凹凸棒土063、凹凸棒土002的定伸應力達不到300%；QC的撕裂強度僅比白炭黑低。

表5　補強填充劑品種對NR硫化膠物理性能的影響

2.3QC用量對NR膠料的影響

不同份數QC用量對NR硫化膠物理性能的影響見表6。

表6　QC用量對NR硫化膠物理性能的影響

從表6看出，隨著QC的用量增加，QC硫化膠的硬度、300%定伸應力增大；而老化后這兩項性能指標都出現不同程度的下降。拉伸強度、撕裂強度和扯斷伸長率都是先增大后減小，老化后的性能也有相同的趨勢。

綜合考慮，QC在NR中的適宜用量為60～80份。

2.4工藝特性

QC是廢舊硅橡膠經高溫裂解后的副產物，內部結構和粒徑不如白炭黑、炭黑、凹凸棒土063、002和輕質碳酸鈣均勻，粉料的密度較輕，QC粒徑小，加料時易飛揚，不易被膠料濕潤，吃粉時間較長，容易出現粘輥現象。可以通過采用加入軟化劑的方法改善其混煉工藝性能。與炭黑和白炭黑相比，QC混煉膠的流動性和黏性較差，可在配方中添加一定量的分散劑，以提高工藝性能和物理機械性能。

3　結論

（1）對于不同品種的補強填充劑在NR膠料中的補強填充效果，QC優于輕質碳酸鈣、凹凸棒土063、002，低于白炭黑和炭黑。

（2）隨著QC用量的增大，老化前后NR硫化膠的邵爾A型硬度、300%定伸應力增大，拉伸強度、撕裂強度和拉斷伸長率先增大后減小。所以，QC在NR中的適宜用量為60～80份。

（3）從QC硫化膠的硫化特性可以表征出QC有遲延硫化的特性，使用QC時應加大活性劑的用量。

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（XS-06）

TQ330.383TQ332.5

1009-797X(2015)05-0018-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.05.003

張馨（1967-），男，講師，主要從事橡膠配方及加工工藝教學、科研工作。

2014-05-08