納米凹凸棒土/炭黑復合填料對天然橡膠/丁苯橡膠/順丁橡膠并用膠性能的影響

仲啟坤，李慧敏，徐 浩，張兆紅

（徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140）

凹凸棒土又名坡縷石，是一種層鏈狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物材料，其比表面積較大，穩定性良好，價格低廉[1-4]，通常用作吸附劑、橡膠填料、增稠劑、粘結劑和飼料添加劑等[5-8]。有機物改性納米凹凸棒土對橡膠有一定的補強和填充作用，能提高膠料的物理性能，補強效果優于碳酸鈣[9]。我國遼寧、山東和江蘇等省均有凹凸棒土礦資源，其中江蘇盱眙的凹凸棒土礦資源儲量豐富[10]。近年來，納米凹凸棒土在橡膠中的應用研究較多，但在實際生產中的應用較少，納米凹凸棒土在橡膠制品中的應用研究有待進一步深入。

本工作主要研究納米凹凸棒土/炭黑N770/炭黑N330復合填料中納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）/順丁橡膠（BR）并用膠性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產品；SBR，牌號1712，中國石油蘭州化學工業公司產品；BR，牌號9000，中國石油吉林石化公司產品；納米凹凸棒土，江蘇玖川納米材料科技有限公司產品；炭黑N770和炭黑N330，江蘇省海安縣東洋化工廠產品。

1.2 配方

NR 30，SBR 45，BR 25，納米凹凸棒土或其他無機填料（陶土、輕質碳酸鈣和白炭黑）/炭黑88（炭黑N330用量為43份，納米凹凸棒土或其他無機填料/炭黑N770用量為45份），氧化鋅 4，硬脂酸 3，防老劑 1.75，芳烴油 35，石蠟 2.5，硫黃 2，促進劑TBBS 0.9，促進劑TMTD 0.2。

1.3 試驗設備和儀器

XK-160型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；QLB-50D/Q平板硫化機，無錫市第一橡塑機械有限公司產品；GT-M2000-A型無轉子硫化儀和AI-7000-GD型拉力試驗機，高鐵科技股份有限公司產品；WPS-100型橡膠疲勞試驗機，江都真威試驗機械有限公司產品。

1.4 膠料制備

膠料混煉在開煉機上進行，輥溫為40～50 ℃，輥距為1.5 mm。混煉工藝為：生膠塑煉后加入氧化鋅、硬脂酸和填料等，混煉均勻，再加入促進劑和硫黃，薄通，下片，停放4～72 h。

膠料在平板硫化機上進行硫化，硫化條件為148 ℃/15 MPa×t90。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠性能的影響

2.1.1 硫化特性

納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠硫化特性的影響如表1所示。

表1 納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠硫化特性（148 °C）的影響

從表1可以看出，用納米凹凸棒土部分等量替代炭黑N770，隨著納米凹凸棒土用量增大，并用膠的FL和Fmax增大，t10縮短，t90明顯延長。這說明納米凹凸棒土有較好的補強作用和延遲硫化作用。

應該注意的是，隨著納米凹凸棒土用量增大，納米凹凸棒土在橡膠中的分散難度加大，膠料流動性變差，因此應適當控制納米凹凸棒土用量。

2.1.2 物理性能

納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠物理性能的影響如表2所示。

表2 納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠物理性能的影響

從表2可以看出，用納米凹凸棒土部分等量替代炭黑N770，隨著納米凹凸棒土用量增大，并用膠的硬度、100%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度均呈增大趨勢。這說明納米凹凸棒土的補強效果比炭黑N770好。

2.1.3 耐老化性能

納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠耐老化性能的影響如表3所示。

表3 納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠100 °C×24 h老化后性能的影響

從表3可以看出：納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為20/25和30/15時，并用膠老化后拉伸強度下降率較大；綜合來看，在試驗范圍內，納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為40/5時，并用膠的耐老化性能較好。

2.1.4 耐磨性能

納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠耐磨性能的影響如表4所示。

表4 納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠耐磨性能的影響

從表4可以看出，隨著納米凹凸棒土用量增大，并用膠的耐磨性能提高。

2.1.5 耐屈撓性能

納米凹凸棒土/炭黑N770用量比對NR/SBR/BR并用膠耐屈撓性能的影響如表5所示。

表5 不同納米凹凸棒土/炭黑N770用量比的NR/SBR/BR并用膠的屈撓裂口情況

從表5可以看出：當納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為10/35時，并用膠屈撓3萬次后出現長度為0.5～1 mm的龜裂點，屈撓4萬次后裂口長度擴展到1～1.5 mm，并用膠的耐屈撓性能較差；當納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為20/25時，并用膠屈撓4萬次后出現龜裂點；隨著納米凹凸棒土用量增大，即納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為30/15和40/5時，并用膠的耐屈撓性能明顯提高。

2.2 納米凹凸棒土與其他無機填料性能對比

分別將納米凹凸棒土/炭黑復合填料和其他無機填料（陶土、輕質碳酸鈣和白炭黑）/炭黑復合填料用于NR/SBR/BR并用膠，對比納米凹凸棒土與陶土等其他無機填料的性能，試驗結果如表6所示。

表6 納米凹凸棒土與其他無機填料性能對比

從表6可以看出：添加納米凹凸棒土/炭黑復合填料和陶土/炭黑復合填料的并用膠的綜合性能明顯優于添加白炭黑/炭黑復合填料和輕質碳酸鈣/炭黑復合填料的并用膠；添加納米凹凸棒土/炭黑復合填料的并用膠的拉伸強度和撕裂強度較高，耐屈撓性能優異，但磨耗量稍大；添加陶土/炭黑復合填料的并用膠的拉斷伸長率較大，拉伸強度和撕裂強度也較高，磨耗量較小，耐屈撓性能次于添加納米凹凸棒土/炭黑復合填料的并用膠。

3 結論

（1）將納米凹凸棒土/炭黑復合填料用于NR/SBR/BR并用膠中，隨著納米凹凸棒土用量增大，并用膠的硫化速度減慢，硬度、100%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度增大，磨耗量減小，耐屈撓性能提高；納米凹凸棒土/炭黑N770用量比為30/15時，并用膠的綜合性能較好。

（2）與添加其他無機填料（陶土、輕質碳酸鈣、白炭黑）/炭黑復合填料的并用膠相比，添加納米凹凸棒土/炭黑復合填料的并用膠的拉伸強度和撕裂強度與添加陶土/炭黑復合填料的并用膠相近，耐屈撓性能較好，耐磨性能稍差。