偶聯劑對凹凸棒土/三元乙丙橡膠復合材料性能的影響

王國志，劉曉蕾，姚 亮，宋帥帥，季佳佳

（徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

凹凸棒土（AT）簡稱凹凸土，是一種層鏈狀過渡結構的以含水富鎂硅酸鹽為主的粘土，其化學分子式為Mg5Si8O20（OH）2（OH2）4·4H2O，我國1979年首次發現AT。AT的最小結構單元是直徑20～40 nm、長500～5000 nm的納米單晶，單晶平行排列形成晶束，晶束相互聚集形成聚集體。從結構上看，AT是高分子材料的理想補強劑。相對于炭黑和白炭黑等傳統填料，AT儲量豐富，價格低廉，市場發展前景良好。但是作為無機納米填料，AT在聚合物基體中很難分散，且界面結合力差，易發生相分離。若對其表面進行有機化改性，可以改善其在高分子材料中的相容性、分散性和親和性，并得到綜合性能優異的納米復合材料[1-3]。

近20年來，乙丙橡膠已成為七大合成橡膠中發展最快的品種，其年消耗量僅次于丁苯橡膠、順丁橡膠而成為第三大合成橡膠。與一般合成橡膠相比，三元乙丙橡膠（EPDM）牌號繁多，加工技術復雜，填料直接影響EPDM膠料的性能和成本[4-5]。研究表明[6]，AT/EPDM復合材料的物理性能優于輕質碳酸鈣（或陶土或炭黑）/EPDM復合材料。AT/EPDM復合材料具有各向異性，表現出纖維增強橡膠的明顯特征，應用前景廣闊[7-10]。

本工作研究偶聯劑品種和用量對AT/EPDM復合材料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

EPDM，牌號4045，中國石油吉林石化公司產品；AT，江蘇玖川納米材料科技有限公司產品；氧化鋅，河南省固始縣鵬鑫鋅化有限公司產品；促進劑DM，TMTD和TS，中國石化南京化學工業有限公司產品；硫黃，浙江黃巖浙東橡膠助劑有限公司產品；石蠟油，蘭州市西固城有限公司產品；松香，濮陽市光璞石化有限責任公司產品。

1.2 主要設備與儀器

XK-160型開煉機、QLB-50D/Q型平板硫化機和660-1型單刀式切膠機，無錫市第一橡塑機械廠產品；GT-M2000-A型無轉子硫化儀和GT-7080-S2型門尼粘度試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；DL-2500N型電子式拉力試驗機，江都市新真威試驗機械有限責任公司產品。

1.3 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.4 復合材料制備

將AT在100 ℃下干燥5 h。開煉機輥距調至最小，輥溫控制在60～70 ℃，加入EPDM塑煉至包輥，加入小料和AT混煉均勻，再加入促進劑和硫黃混煉均勻，薄通后下片，停放，硫化。

1.5 性能測試

膠料性能測試按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 偶聯劑品種對AT/EPDM復合材料性能的影響

偶聯劑品種對AT/EPDM復合材料性能的影響見表2。從表2可以看出，與未添加偶聯劑的1#配方膠料相比，添加偶聯劑的2#～6#配方膠料MH增大，t10延長，老化前后的硬度、定伸應力、拉伸強度明顯增大，撕裂強度大幅提高，這是由于經偶聯劑改性后，AT比表面積增大，AT與橡膠基體間的作用增強，與橡膠的相容性提高。還可以看出，在添加偶聯劑的2#～6#配方膠料中，添加偶聯劑Si69的6#配方膠料硬度、定伸應力、拉伸強度和撕裂強度均較大，耐熱老化性能較好，這可能是發生了二次硫化所致。總的來看，添加偶聯劑Si69的AT/EPDM復合材料性能較好。

表2 偶聯劑品種對AT/EPDM復合材料性能的影響

2.2 AT用量對AT/EPDM復合材料性能的影響

AT用量對AT/EPDM復合材料性能的影響見表3。從表3可以看出：隨著AT用量增大，膠料的ML和MH基本呈增大趨勢，t10和t90基本呈延長趨勢，老化前后硬度、定伸應力、拉伸強度和撕裂強度明顯增大；AT用量達到50份以上時，膠料的定伸應力、拉伸強度和撕裂強度雖仍然增大，但增幅降低，拉斷伸長率有所減小，這可能是由于AT用量增大到一定程度，其聚集成網絡結構，會阻滯高分子鏈段的運動。綜合來看，偶聯劑Si69用量為1份時，AT用量為50份較適宜。

表3 AT用量對AT/EPDM復合材料性能的影響

3 結論

（1）與未添加偶聯劑的AT/EPDM復合材料相比，添加偶聯劑的AT/EPDM復合材料性能明顯提高。

（2）在采用幾種常用偶聯劑的AT/EPDM復合材料中，添加偶聯劑Si69的復合材料性能較好。

（3）偶聯劑Si69用量為1份時，AT用量為50份的AT/EPDM復合材料性能較好。

我國AT儲量豐富，但是由于發現較晚，開發利用水平較低，以致于這種經濟意義重大的礦藏還只限于用作一般填料，甚至以原土形式廉價地出口，造成資源浪費，采用改性等深加工方式生產高附加值的產品將是我國AT的發展方向。