張喜亮1,涂善東2,賈德民3(1·華東理工大學材料科學與工程學院,上海200237; 2·華東理工大學化工機械研究所,上海200237; 3·華南理工大學材料科學與工程學院,廣東廣州510640)
摘要:考察了固態原位接枝改性制備的甲基丙烯酸接枝改性炭黑對天然橡膠(NR)和順丁橡膠(BR)靜態力學性能、動態力學性能的影響。結果表明,甲基丙烯酸改性炭黑比普通商品炭黑填充的NR硫化膠具有更好的靜態力學性能;甲基丙烯酸改性炭黑更有利于降低NR和BR硫化膠的滾動阻力,同時,有利于提高NR硫化膠的抗濕滑性。
關鍵詞:甲基丙烯酸;固態原位接枝;炭黑;天然橡膠;順丁橡膠;力學性能;動態力學性能
中圖分類號:TQ 330·38文獻標識碼:B文章編號:1000-1255(2005)04-0293-03
炭黑是工業應用最早的納米粉體材料,因其具有無法比擬的增強效果,故在橡膠工業中的地位是不可代替的。然而,目前商業炭黑還存在著一些問題,如如何降低其滾動阻力和提高其抗濕滑性等。為解決這些問題,國外開發了低滯后炭黑、轉化炭黑,但其力學性能受到了一定影響。在炭黑改性方面,進行了大量的研究[1~8],因其多為液相中的改性,成本比較高,不適宜擴大規模。本課題組提出乙烯基單體固態原位接枝改性炭黑的方法[9],并研究了馬來酸酐改性炭黑對天然橡膠(NR)黏合及動態力學性能的影響[10]。本工作考察了甲基丙烯酸(MAA)固態原位接枝改性炭黑對NR力學性能及NR、順丁橡膠(BR)動態力學性能的影響。
1 實驗部分
1·1 原材料
NR, 20#標準,海南天然橡膠廠產品。BR,申江牌,上海高橋石油化工公司化工廠產品。白炭黑,沉淀水合二氧化硅,福建省泰寧合成氨總廠白炭黑廠產品。炭黑、促進劑NOBS、促進劑CZ、防老劑4010 NA、不溶硫黃IS 60、氧化鋅、硬脂酸、操作油等,均由廣州珠江輪胎有限公司提供。MAA固態原位接枝改性炭黑,自制。
1·2 試樣制備
基本配方(質量份):橡膠100,炭黑32·5,白炭黑12·5,氧化鋅8,硬脂酸2,操作油4,防老劑4010 NA 2,促進劑CZ 0·6,促進劑NOBS 0·6,IS 60 2·5。
在160雙輥開煉機(152 mm×305 mm)上制備混煉膠,輥筒速比為1∶1·42。橡膠塑煉后添加小料,接著添加白炭黑、炭黑,最后添加硫黃。膠料放置24 h后返煉,采用25 t平板硫化機按正硫化時間進行硫化。
1·3 分析與測試
力學性能 拉伸強度、定伸應力、扯斷伸長率、拉伸永久變形等采用國產DXLL-2500型電子拉力機按GB 528—82進行測試;撕裂強度(直角、無缺口試樣)按GB 530—81進行測試。老化條件為: (100±1)℃, 48 h。
硫化特性 采用美國Alpha科技有限公司生產的RPA 2000型橡膠加工性能分析儀進行測試。動態力學性能 采用美國TA公司生產的DMA 2980型動態力學分析儀進行測試。測試條件:頻率10 Hz,應變溫度-120~120℃,升溫速率3℃/min,采用拉伸夾具。
2 結果與討論
2·1 靜態力學性能
由表1可以看出,添加MAA改性炭黑N 330比添加普通炭黑N 330的NR硫化膠300%定伸應力、500%定伸應力、拉伸強度、邵爾A型硬度有明顯提高;且老化后仍保持較高的拉伸強度、邵爾A型硬度、扯斷伸長率,但300%定伸應力有一定幅度的下降。MAA改性炭黑N 330對NR硫化膠的撕裂強度、回彈性影響不大。
由表2可看出,添加MAA改性炭黑N 220有利于提高NR硫化膠的拉伸強度、扯斷伸長率、邵爾A型硬度,降低了壓縮生熱, 300%定伸應力、500%定伸應力有一定幅度的下降,對其撕裂強度和回彈性影響不大。添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化膠老化后,保持了較高的拉伸強度,特別是扯斷伸長率仍達492%。
2·2 動態力學性能
2·2·1 MAA改性炭黑對BR硫化膠動態力學性能的影響
由圖1可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的BR硫化膠在60℃附近的損耗因子(tanδ)明顯小于添加普通炭黑N 220的BR硫化膠。這說明添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化膠的滾動阻力。
2·2·2 MAA改性炭黑對NR硫化膠動態力學性能的影響
由圖2可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化膠在60℃的tanδ明顯小于添加普通炭黑N 220的NR硫化膠,而前者在0℃的tanδ略高于后者。這說明添加MAA改性炭黑N 220不但有利于降低NR硫化膠的滾動阻力(60℃的tanδ約降低11%, 70℃的tanδ約降低25% ),同時有利于提高NR硫化膠的抗濕滑性(0℃的tanδ增大約10% )。
3 結 論
a)添加MAA改性炭黑有利于提高NR硫化膠的拉伸強度、扯斷伸長率,且老化后具有較高性能保持率,有利于降低硫化膠的壓縮疲勞生熱。b)添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化膠的滾動阻力;有利于降低NR硫化膠滾動阻力的同時提高其抗濕滑性。
