閻家賓 (中橡集團(tuán)沈陽橡膠制品研究設(shè)計(jì)院遼寧沈陽110021)編譯
摘要: 該文介紹了爆燃法納米炭黑(TAУ)與傳統(tǒng)的工業(yè)炭黑并用對異戊橡膠膠料工藝性能和流變性能的影響。
關(guān)鍵詞: 爆燃法納米炭黑;異戊橡膠;門尼粘度;流變性能
中圖分類號:TQ 330.38+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1671-8232(2006)07-0017-02
最近,人們對超分散性填充劑,特別對用爆燃法合成的納米炭黑的關(guān)注明顯增加。它的高結(jié)構(gòu)活性與超分散填充劑能量結(jié)構(gòu)特性密切相關(guān),因而,使用這種爆燃法納米炭黑可大大改善彈性材料的性能。
該文的目的旨在研究規(guī)定成份的爆燃法納米炭黑的用量對通用的順式1,4-聚異戊二烯橡膠膠料流變性能的影響。
為此,曾選擇了以“鈦系”和“鑭系”催化體系制備的“無凝膠”СКИ-5和СКИ-3為研究對象,其門尼粘度不同(在65~80單位不等)。標(biāo)準(zhǔn)膠料采用布拉本德塑煉機(jī)制備,塑煉時(shí)間20min,溫度130℃,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率為1 s-1。制備方法早先在文獻(xiàn)中已經(jīng)介紹,采用該方法可以按膠料的流變學(xué)參數(shù)預(yù)測實(shí)際膠料及其硫化膠的性能。
研究分別用三種類型的膠料進(jìn)行:
(1)生膠加爐法炭黑П324(50~55質(zhì)量份);
(2)生膠加炭黑П324(50質(zhì)量份)+爆燃法納米炭黑(1~5質(zhì)量份);
(3)生膠+納米炭黑(50質(zhì)量份)
由專業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的納米炭黑含有50%的金剛石粉末,其余為石墨和無定形碳。粉末的比表面積為390 m2/g。
根據(jù)獲得的塑性變形圖表計(jì)算了扭矩及其變化幅度。吸附時(shí)間t1和填料在生膠基質(zhì)中的分散時(shí)間t2。加工指數(shù)按下列公式計(jì)算:λ=2(Mtor.max-Mtor.min)Mtor.max+Mtor.min混合能按下式計(jì)算:
W=∫10Mtortωdt
式中Mtor=(Mtor.max-Mtor.min)/2;t———混煉時(shí)間;
ω=2πn;n———r/s
混煉加工20 min后的扭矩幅度為A20=Mtor
20.max-Mtor20.min
工藝指數(shù)按以下公式計(jì)算:
λ20=2(Mtor20max-Mtor20min)Mtor20max+Mtor20min
極限扭矩值Mtor.max和Mtor.min以及Mtor20max和Mtor20min直接由可塑度曲線圖表確定。此外,還為標(biāo)準(zhǔn)膠料測定了門尼粘度,炭黑-橡膠凝膠含量。
膠料組成及性能列于表中。可見,當(dāng)П324炭黑用量從50增加到55(質(zhì)量份)時(shí),第一種膠料(試樣1~6)的門尼粘度增大,吸附時(shí)間t1和分散時(shí)間t2縮短。必須指出,對于分子量更大的生膠(試樣3~6)未達(dá)到t2點(diǎn)。
在第二種膠料(試樣7~13)中加入1~5(質(zhì)量份)的納米炭黑,與上述情況相反門尼粘度降低。同時(shí),填料的吸附和分散時(shí)間縮短;圖1是所研究膠料的典型的可塑度曲線圖表。如圖1和表1中的數(shù)據(jù)所示,膠料的工藝性能隨納米炭黑用量的增加而得到明顯的改善,但λ值減小。與t2相對應(yīng)的點(diǎn)都顯現(xiàn)在整個(gè)可塑度圖表上;與彈性體原始分子量無關(guān),扭矩的幅度變小,從而證明,膠料的均勻性獲得改善。我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)納米炭黑的用量為2.5質(zhì)量份時(shí),其效果最佳。
第三類膠料,即在異戊橡膠膠料(試樣14)中加入較多的納米炭黑(50質(zhì)量份)時(shí),與用量為50份П324炭黑的類似試樣(試樣5)相比,其門尼粘度提高得極快。此外,該試樣的可塑度曲線形狀也發(fā)生變化。因此,未出現(xiàn)表征第一種第二種膠料特性的t1和t2點(diǎn)。扭矩變化的幅度很高,實(shí)際上,它在整個(gè)混合時(shí)間內(nèi)保持不變。從第六分鐘開始直到混煉結(jié)束,扭矩值保持恒定,制得的膠料是剛性的(可塑度為0.14)。炭黑-生膠凝膠的含量及其密度(試樣14)實(shí)際上與試樣13并無不同。這可能是試樣塑彈性能上的差異與其超分了構(gòu)造的不同有關(guān)。
總之,將少量納米炭黑和工業(yè)炭黑并用,再加進(jìn)膠料,這樣,可以改善異戊橡膠膠料的工藝性能和流變性能。顯然,這與納米炭黑的化學(xué)成份和結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。石墨含量多和構(gòu)成納米炭黑粒子成份的超分散性,這些因素賦與其干潤滑性能,從而使大分子在變形方向上取向。單獨(dú)使用納米炭黑和大量使用納米炭黑都是不合適的。這是因?yàn)樵谀z料中含有的高活性納米金剛石微粒會對膠料的性能產(chǎn)生負(fù)面影響,使膠料變硬和變得無法加工。可以利用納米炭黑來防止和調(diào)節(jié)制備膠料時(shí)形成的彈性渦流。后者這一特點(diǎn)不僅對高分子量異戊橡膠而且對其它彈性體材料,其中包括傳統(tǒng)意義上的非工藝性材料都是特別重要的。
