電子放大鏡和掃描電子顯微鏡評價不溶性硫黃的分散性能

張麗麗，劉自光，周 兵，花曙太，羅洪罡

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 煙臺 265400）

不溶性硫黃（IS）是由大量硫原子聚合而成的線形高分子聚合物，為硫的均聚物，呈無定形結構，不溶于二硫化碳，也不溶于橡膠。用IS硫化的膠料不易噴霜，不易焦燒，硫化均勻，硫化速度快，與鋼絲的粘合性能好，IS已成為子午線輪胎的專用硫化劑[1]。

由于IS不溶于橡膠，因此在膠料中分散困難。如果IS在膠料中分散不好，會造成膠料與鋼絲粘合性能下降，甚至發生帶束層膠早期脫層等問題，嚴重影響輪胎性能。熱穩定性和分散性能是IS的重要評價指標。目前僅根據IS的熱穩定性很難評價IS在膠料中的應用性能，必須結合IS在膠料中的分散性能來衡量IS質量優劣[2-3]。目前我國生產的IS性能已經不亞于國外產品，但是IS還沒有國家標準，HG/T 2525—2011《橡膠用不溶性硫黃》中未規定IS分散性能的檢測方法，從而影響了我國IS的鑒別和應用。

目前橡膠行業評價IS分散性能的方法主要有直接觀察法、流變儀曲線疊加法、密度法和電子顯微鏡法等，每種方法各有利弊。本工作用電子放大鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）分別觀察4個廠家的IS和IS混煉膠斷面，評價IS在膠料中的分散性能。

1 實驗

1.1 原材料

順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化齊魯石化分公司產品；IS，牌號HD OT20，A，B，C和D 4個廠家產品；白炭黑，牌號1165MP，羅地亞（青島）有限公司產品；二氧化鈦，濟南裕興化工有限責任公司產品；氧化鋅，青島海燕化工有限公司產品；硬脂酸，鄒平魯苑有限公司產品；促進劑CZ，科邁化工股份有限公司產品。

1.2 配方

BR 100，白炭黑 20，二氧化鈦 15，氧化鋅 5，硬脂酸 2，IS 7，促進劑CZ 2。

1.3 主要設備與儀器

XLB160型開煉機，煙臺化工機械廠產品；B8008型電子放大鏡，深圳超眼科技有限公司產品；EVO MA15型SEM，德國卡爾·蔡司公司產品；MS2000型激光粒度分析儀，英國馬爾文儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

2 結果與討論

2.1 IS形貌和粒徑

IS的SEM照片見圖1。從圖1可以看出：A和B廠家IS呈微球形，C和D廠家IS呈不規則形；A廠家IS粒徑在2～6 μm之間；B廠家IS粒徑在8～40 μm之間；C廠家IS粒徑不均勻，小的小于10 μm，大的大于90 μm；D廠家IS粒徑在30～50 μm之間。4個廠家IS粒徑差異主要是生產方式不同所致。

圖1 IS的SEM照片

2.2 IS粒徑分布

用乙醇作為分散劑，用激光粒度分析儀分析IS粒徑分布，結果如表1所示。從表1可以看出：A廠家IS小粒子體積分數最大，B和D廠家IS次之，C廠家IS最小。結合D（0.5）來看，A廠家IS的粒徑最小，C廠家IS最大。

表1 IS粒徑分布

2.3 IS混煉膠斷面

IS混煉膠斷面的電子放大鏡（放大30倍）照片見圖2。從圖2可以看出：A廠家IS混煉膠斷面的IS粒子很少，B，C和D廠家IS混煉膠斷面的IS粒子較多，說明A廠家IS與橡膠的相容性較好。4個混煉膠斷面中IS粒子從少到多順序為：A廠家IS混煉膠斷面，B廠家IS混煉膠斷面，D廠家IS混煉膠斷面，C廠家IS混煉膠斷面。

圖2 IS混煉膠斷面的電子放大鏡照片

IS混煉膠斷面的SEM照片見圖3（每種膠料兩個平行試片）。從圖3可以看出：A廠家IS混煉膠中IS的粒徑小于6 μm，且與橡膠相容性好；B廠家IS混煉膠中大部分IS粒徑為30～50 μm，少部分IS粒徑較大，甚至大于90 μm，IS粒徑不均勻導致其在膠料中分散不均勻，從而影響膠料的性能；C廠家IS以不規則形分散在膠料中，說明其與橡膠的相容性不好，且粒徑不均勻（最小20 μm，最大200 μm），嚴重影響IS在膠料中的分散性能，從而影響膠料的性能；D廠家IS也以不規則形分散在膠料中，其粒徑為20～50 μm。總的來看，4種IS混煉膠的IS分散性能從優到劣順序為：A廠家IS混煉膠，B廠家IS混煉膠，D廠家IS混煉膠，C廠家IS混煉膠。

圖3 IS混煉膠斷面的SEM照片

3 結論

（1）生產方式不同會造成IS形貌和粒徑的差異。A和B廠家IS呈微球形，粒徑較小；C和D廠家IS呈不規則形，粒徑較大。IS粒子形貌越規則，越有利于其在膠料中的分散。

（2）從粒徑分布來看，A廠家IS的小粒子體積分數大，粒徑小；C廠家IS的小粒子體積分數小，粒徑大。

（3）從IS混煉膠斷面來看，A廠家IS與橡膠的相容性好，在膠料中的分散性能也好；C和D廠家IS與橡膠的相容性差，在膠料中的分散性能也差。說明IS形貌和粒徑與其在膠料中的分散性能直接相關。

在測試膠料硫化特性和物理性能前，用電子放大鏡和SEM分別觀察IS和IS混煉膠斷面，可以評價IS在膠料中的分散性能。該方法快捷、直觀，為IS分散性能評價方法的研究提供了思路。