強(qiáng)威粉在天然橡膠汽車(chē)減震襯套膠料中的應(yīng)用研究

吳欣欣，王世偉，王仁平

（上海麒祥化工有限公司，上海 201800）

橡膠工業(yè)中廣泛使用各種無(wú)機(jī)填料，大多數(shù)無(wú)機(jī)填料由于粒徑較大和表面惰性在膠料中沒(méi)有補(bǔ)強(qiáng)作用，只能起到填充作用。炭黑和白炭黑與橡膠之間界面強(qiáng)度高，在橡膠中分散性能良好，對(duì)橡膠具有很好的補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)[1-4]。但隨著石油資源的匱乏和橡膠制品性能的提高，開(kāi)發(fā)新的高性能補(bǔ)強(qiáng)材料成為當(dāng)務(wù)之急。

強(qiáng)威粉是高嶺石經(jīng)粉碎、水洗、研磨、化學(xué)分解、活化處理、烘干、分級(jí)和除雜質(zhì)等工藝精制而成的納米片層狀填料，由1層硅氧四面體和1層鋁氧八面體交替組成，層間通過(guò)羥基和氧原子形成的氫鍵結(jié)合在一起。經(jīng)過(guò)改性，有機(jī)和無(wú)機(jī)小分子插層進(jìn)入高嶺石層間，使層間剝離，而剝離過(guò)程中高嶺石片層未受到破壞，且粒徑減小至納米級(jí)[5]，可以更好地分散到橡膠中。

鐵道、汽車(chē)和機(jī)械等行業(yè)為了降低震動(dòng)和噪聲，多使用減震橡膠制品。鐵路車(chē)輛和汽車(chē)用減震橡膠制品要求具有良好的減震性能、絕緣性能和耐臭氧性能[6-7]，普通補(bǔ)強(qiáng)材料難以滿(mǎn)足上述要求。

本工作考察強(qiáng)威粉對(duì)丁苯橡膠（SBR）基本配方膠料和天然橡膠（NR）汽車(chē)減震襯套膠料性能的影響，并與其他填料和炭黑進(jìn)行對(duì)比，為強(qiáng)威粉在橡膠制品中的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，牌號(hào)SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；SBR，牌號(hào)1502，中國(guó)石化齊魯石化公司產(chǎn)品；炭黑N770和N339，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；強(qiáng)威粉，牌號(hào)HTC和KTC，上海麒祥化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

XSM-1/20-120型密煉機(jī)和XK-160型開(kāi)煉機(jī)，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；TCS-2000型拉力試驗(yàn)機(jī)，高特威爾檢測(cè)儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；8802型動(dòng)態(tài)剛度試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品。

1.3 配方

1.3.1 SBR基本配方

基本配方的主體材料SBR無(wú)自補(bǔ)強(qiáng)性能，其物理性能在很大程度上決定于補(bǔ)強(qiáng)劑。SBR基本配方見(jiàn)表1。

表1 SBR基本配方 份

1.3.2 NR汽車(chē)減震襯套膠料配方

NR汽車(chē)減震襯套膠料配方見(jiàn)表2。

表2 NR汽車(chē)減震襯套膠料配方 份

1.4 膠料混煉

1.4.1 SBR基本配方膠料

基本配方膠料分兩段混煉。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→1/2填料和小料→剩余1/2填料→清掃→排膠。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進(jìn)劑→薄通→下片。

1.4.2 NR汽車(chē)減震襯套膠料

NR汽車(chē)減震襯套膠料分3段混煉。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→1/2填料和小料→1/2填料和油→清掃→排膠。二段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為70 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進(jìn)劑→排膠。三段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：二段混煉膠→包輥→翻煉3次→下片。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 動(dòng)靜剛度比

靜剛度測(cè)試預(yù)載應(yīng)力為±2 000 N，承載速率為10 mm·min-1，循環(huán)3次，在±500 N處取值。

動(dòng)剛度測(cè)試預(yù)載應(yīng)力為50 N，頻率和振幅分別為15 Hz和0.5 mm與100 Hz和0.05 mm。

1.5.2 回彈值

回彈值按照GB/T 1681—2009《硫化橡膠回彈性的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.5.3 絕緣性能

絕緣性能按照GB/T 1692—2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.5.4 其他性能

膠料其他物理性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 強(qiáng)威粉的理化性能

強(qiáng)威粉KTC和HTC的改性方式不同，結(jié)構(gòu)均為片層狀。強(qiáng)威粉的理化性能見(jiàn)表3。

表3 強(qiáng)威粉的理化性能

納米材料廣義上的定義為一次結(jié)構(gòu)至少在一維方向上尺寸為1～100 nm的固體材料[8]。強(qiáng)威粉厚度達(dá)到納米級(jí)，因此其屬于納米材料。

2.2 SBR基本配方膠料物理性能

SBR基本配方膠料物理性能如表4所示。從表4可以看出，與分別添加活性碳酸鈣、納米碳酸鈣、硬質(zhì)陶土、硅藻土和滑石粉的A1～A5配方膠料相比，添加相同用量強(qiáng)威粉KTC的A6配方膠料的硬度適中，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度較高，這主要因?yàn)閺?qiáng)威粉表面進(jìn)行了改性，其聚集體尺寸比其他無(wú)機(jī)填料聚集體尺寸小，在橡膠中分散性能好，對(duì)橡膠補(bǔ)強(qiáng)性能較好。

表4 SBR基本配方膠料物理性能

2.3 NR汽車(chē)減震襯套膠料性能

NR汽車(chē)減震襯套膠料性能如表5所示。從表5可以看出：與添加炭黑N770的B3配方膠料相比，分別添加強(qiáng)威粉KTC和HTC的B1和B2配方膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度較高，這是由于強(qiáng)威粉分散性能好，與炭黑和橡膠的相容性較好，且強(qiáng)威粉為片層結(jié)構(gòu)，可以沿拉伸方向取向，使膠料強(qiáng)度性能提高；與B1～B3配方膠料相比，添加矽麗粉的B4配方膠料的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度均較低，這是由于矽麗粉尺寸達(dá)不到納米級(jí)，其補(bǔ)強(qiáng)效果相對(duì)較差。

表5 汽車(chē)減震襯套膠料性能

從表5還可以看出：與B3配方膠料相比，B1和B2配方膠料的體積電阻較大，在高頻和低頻下的動(dòng)靜剛度比均較小，說(shuō)明強(qiáng)威粉膠料的絕緣性能和減震性能較好；兩種強(qiáng)威粉之間比較，強(qiáng)威粉KTC膠料的綜合性能較好。

由于強(qiáng)威粉對(duì)提高膠料硬度的作用不明顯，一般添加5～10份強(qiáng)威粉，膠料邵爾A型硬度增大1度，因此強(qiáng)威粉應(yīng)增量替代炭黑N770。強(qiáng)威粉用量大可以降低膠料含膠率，從而降低原材料成本。

3 結(jié)論

（1）強(qiáng)威粉屬于納米材料，在SBR基本配方膠料中與普通無(wú)機(jī)填料相比，強(qiáng)威粉的補(bǔ)強(qiáng)性能較好。

（2）強(qiáng)威粉KTC和HTC增量替代炭黑N770，可賦予NR汽車(chē)減震襯套膠料優(yōu)異的強(qiáng)度性能、絕緣性能和減震性能，并降低膠料成本。強(qiáng)威粉KTC和HTC是減震和絕緣橡膠制品的理想填料。