不同結構炭黑用量對天然橡膠性能的影響

李義彬，喬習學，張入軍，劉江紅，馬寶亮

（龍星化工股份有限公司，河北 邢臺 054100）

炭黑在橡膠中的用量影響膠料的定伸應力、拉伸強度、最大轉矩等性能，不同品種炭黑的影響程度難以直接判斷[1-3]。

本工作參照ASTM D3192—2009《天然橡膠中炭黑含量評定的標準試驗方法》，選擇炭黑N330，N326和N660進行試驗，并與標準參比炭黑IRB8#對比，研究添加不同用量、不同品種炭黑的天然橡膠（NR）膠料性能的變化規律。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，RSS 1#煙膠片，中昊黑元化工研究設計院有限公司提供；促進劑MBTS，山東尚舜化工有限公司產品；炭黑N330，N326和N660，龍星化工股份有限公司產品；鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）和硫黃，天津紅巖試劑廠產品。

1.2 配方

配方參照ASTM D3192—2009。

NR 100，炭黑 變量，氧化鋅 5，硬脂酸 3，硫黃 2.5，促進劑MBTS 0.6。

1.3 主要設備與儀器

XY-1型邵氏硬度儀和HD-10型測厚儀，上海化工機械四廠產品；C型自動吸油計，德國Brabender儀器公司產品；3000型多點比表面積測定儀，美國麥克默瑞提克（上海）儀器有限公司產品；HY-727型分光光度計，無錫英之誠高速分析儀器有限公司產品；XK-160型開煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-D型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產品；3365型電子拉力機，美國英斯特朗公司產品。

1.4 性能測試

炭黑和膠料性能測試按照ASTM D3192—2009進行。

2 結果與分析

2.1 炭黑的理化性能和造粒性能

炭黑的理化性能和造粒性能分別見表1和2。

表1 炭黑的理化性能

表2 炭黑的造粒性能

2.2 炭黑膠料的性能

在NR中添加不同用量的炭黑N330，N326和N660，考察膠料性能，并與50份標準炭黑IRB8#膠料性能進行對比，結果分別見表3—5。

表3 不同用量炭黑N330膠料的性能

從表3—5可以看出：隨著炭黑用量增大，炭黑N330，N326和N660膠料的門尼粘度、FL、Fmax、硬度、100%和300%定伸應力均明顯提高；t30和t90變化不明顯；拉伸強度和拉斷伸長率降低；3種炭黑膠料的變化趨勢一致。

表4 不同用量炭黑N326膠料的性能

表5 不同用量炭黑N660膠料的性能

從表3—5還可以看出：與炭黑N330膠料相比，比表面積相近、結構較低的炭黑N326膠料的硬度、300%定伸應力、拉斷伸長率隨炭黑用量增大的變化幅度較小；與炭黑N330和N326膠料相比，比表面積較小的炭黑N660膠料的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率與炭黑用量的線性關系更明顯；參比炭黑膠料性能基本穩定。以上性能差異與各種炭黑的結構和比表面積差異有關。

3 結論

（1）隨著炭黑用量增大，不同炭黑膠料的門尼粘度、FL、Fmax、硬度、100%和300%定伸應力均明顯提高；t30和t90變化不明顯；拉伸強度和拉斷伸長率降低。

（2）在比表面積相近的情況下，結構較低的炭黑膠料物理性能受炭黑用量的影響較小。

（3）與炭黑N330和N326膠料相比，炭黑N660膠料的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率與炭黑用量的線性關系更明顯。