聚氨酯與天然橡膠合金材料的研究

張華知 張宏 劉志民 黃艷(四川化工職業(yè)技術(shù)學院， 四川 瀘州 646000)

聚氨酯與天然橡膠合金材料的研究

張華知 張宏 劉志民 黃艷(四川化工職業(yè)技術(shù)學院， 四川 瀘州 646000)

本文主要研究聚氨酯與天然橡膠合金材料的力學性能。實驗表明：當聚氨酯的量為50份炭黑N330為0份時，合金材料的回彈值最大，硬度最大，定伸應力最大，磨耗最小。當聚氨酯的量為45份炭黑N330為5份時，合金材料的拉伸強度最大，扯斷伸長率最大。

聚氨酯；天然橡膠；補強

自1904年Ch.Mottet[1]將炭黑用于橡膠工業(yè)以來，橡膠輪胎的磨耗壽命從不足5000km，提高到50000km，拉伸強度從2MPa，提高了10倍左右[2]。炭黑是橡膠的傳統(tǒng)補強劑和填充劑，它所特有的補強作用是橡膠工業(yè)發(fā)展的核心[3]。目前其它填料也在迅猛地發(fā)展。聚氨酯彈性體，是一種介于橡膠和塑料之間的彈性材料，既具有橡膠的高彈性，又具有塑料的高強度，它的伸長率大，硬度范圍寬廣，它的耐磨性也特別突出，同時，它還有優(yōu)異的耐油、耐沖擊、耐低溫、耐輻射、隔熱、絕緣等性能[4]。因此，聚氨酯與天然橡膠的合金材料具有研究意義。

本實驗通過聚氨酯、標準炭黑N330與天然橡膠形成合金材料，討論聚氨酯的添加量對合金材料性能的影響。利用橡膠回彈儀、邵爾硬度儀、電子拉伸試驗機、阿克隆磨耗試驗機等表征材料的力學性能[5]。

1 實驗部分

(1)原料 天然橡膠：中橡集團炭黑工業(yè)研究設(shè)計院；聚氨酯：自制；炭黑：N330，工業(yè)級，河北龍星化工股份有限公司；硫磺：優(yōu)等品，硬脂酸：200型，氧化鋅：ZnO-X1，促進劑DM：優(yōu)級品，中橡集團炭黑工業(yè)研究設(shè)計院。

(2)儀器設(shè)備 精密開煉機：ZG-76，東莞市正工機電設(shè)備科技有限公司；模具控溫機：KSS-12K，東莞市華易制次設(shè)備有限公司；精密型自動壓片機：ZG-20T，東莞市正工機電設(shè)備科技有限公司；沖片機：CP-2中華人民共和國，中共機械器廠；橡膠回彈儀：仿2116，天津市器材料試驗機廠；邵爾硬度儀：JLX-A，江都市精藝試驗機械有限公司；電子拉伸試驗機：CMT5103，深圳市新三思計量技術(shù)有限公司。智能型電熱恒溫鼓風干燥箱：DZF-6020，上海瑯軒試驗設(shè)備有限公司；電子天平：CP214，奧豪斯儀器有限公司。

(3)實驗方法 根據(jù)國家標準GB/T 3780.18-2007炭黑在天然橡膠中的鑒定方法，采用開煉機的試驗步驟，對聚氨酯與天然橡膠的合金材料進行機械混合。以聚氨酯和炭黑N330合金材料作為橡膠的補強劑，5個試樣天然橡膠都是100g,分別加入聚氨酯50g、45g、40g、35g、30g，炭黑N330為0g、5g、10g、15g、20g；根據(jù)國家標準GB 6038對膠料進行硫化，再測試橡膠的各種性能。

2 結(jié)果與討論

(1)回彈性 橡膠并不是理想的彈性體，它既有彈性又有黏性。回彈性是合金材料品質(zhì)的重要指標，在不同的使用環(huán)境下對彈性有著不同的要求。從圖1可以很明顯看出隨著聚氨酯量的增加，回彈值在增加；當填料全部為聚氨酯時，回彈值達到最大值。

(2)硬度 硫化橡膠的硬度也是橡膠制品的又一重要指標，硬度與填料的性質(zhì)、填料的配合量有很大關(guān)系，比表面積高，結(jié)構(gòu)高的填料，其配合量稍有變化時，硬度則隨之發(fā)生明顯的變化。從圖1可以很明顯看出隨著聚氨酯量的增加，硬度在增加，但增加幅度不大；當填料全部為聚氨酯時的硬度達到最大值。

(2)拉伸應力應變性能 300%定伸應力、拉伸強度、扯斷生產(chǎn)率是表征橡膠抵抗外力作用的極限能力，是橡膠使用壽命長短的重要指標。只有合金材料的拉伸強度高的膠料，才能保證在拉伸過程中不斷裂，因而具有較高的伸長率。從圖2可以看出，隨著聚氨酯添加量的增加，合金材料的300%定伸應力在增加，拉伸強度、扯斷伸長率有增加趨勢。當填料全部用聚氨酯時的300%達到最大值；當聚氨酯的量為45g炭黑N330為5份時，合金材料的拉伸強度最大，扯斷伸長率最大。

(3)耐磨性能 耐磨性是橡膠制品使用壽命的保證，也是橡膠制品質(zhì)量的重要評價標準，具體表征為抗摩擦能力。從圖1可以很明顯看出隨著聚氨酯量的增加，磨耗體積在減少；當填料全部用聚氨酯時的磨耗體積達到最小值。(圖1、圖2)

3 結(jié)論

當聚氨酯的量為50份炭黑N330為0份時，合金材料的回彈值最大，硬度最大，定伸應力最大，磨耗最小。當聚氨酯的量為45g炭黑N330為5份時，合金材料的拉伸強度最大，扯斷伸長率最大。

[1]Zimerman B.N.，Kolley Frank N.．The polymer program at the University of Akron new trends[J]．new directions.Polym.News，1989，14(10)：311-317．

[2]李炳炎．炭黑的生產(chǎn)與應用手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2000，P 12．

[3]王夢蛟，李顯堂．炭黑[M]．第一版．北京：化學工業(yè)出版社，1982，P 255．

[4]郁為民;宮濤;聚氨酯彈性體發(fā)展近況與應用開發(fā)[A];中國聚氨酯工業(yè)協(xié)會第十次年會論文集[C];2000年.

[5]張華知，陳建，謝純，鄧乙川，何德聰．螺旋納米碳纖維對天然橡膠補強性能的研究[J]．彈性體，2014，24(1)：6-8．

圖1 聚氨酯的添加量對硬度、回彈值、磨耗體積的影響

圖2 聚氨酯的添加量對拉伸應力應變性能的影響