丁苯橡膠復合材料應用研究進展

魯文平

（中國石化北京化工研究院燕山分院 橡塑新型材料合成國家工程研究中心，北京 102500）

丁苯橡膠（SBR）是以丁二烯和苯乙烯為單體，采用自由基引發的乳液聚合或陰離子溶液聚合工藝而得，是目前世界上產能和消費量較大的通用合成橡膠品種，廣泛應用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫用橡膠制品等領域[1]。

隨著橡膠工業的迅速發展，對橡膠材料性能提出了更高的要求。雖然SBR性能優異，用途廣泛，但SBR是無自補強性的非結晶橡膠，純膠硫化膠的拉伸性能較差，通常需要通過改性來改善性能、拓展其應用領域，其中SBR與白炭黑、石墨烯和短纖維等制備復合材料就是一種重要改性途徑。

本文概述近年我國白炭黑、石墨烯、短纖維等與SBR制備的復合材料的應用研究進展，并提出發展建議。

1 白炭黑/SBR復合材料

解希銘等[2]從物理性能、動態壓縮疲勞生熱、動態力學性能等方面對比了分別由四氯化錫（SnCl4）和四氯化硅（SiCl4）偶聯的溶聚丁苯橡膠（SSBR）與白炭黑所制備復合材料的性能，并利用測定結合橡膠含量、橡膠加工分析儀及Kraus模型等手段探討了兩種SSBR與白炭黑的相互作用。結果表明，與用SnCl4偶聯制備的SSBR相比，經SiCl4偶聯制得的SSBR與白炭黑的相互作用更強，白炭黑的分散性更好。SSBR/白炭黑復合材料的物理性能更好，壓縮溫升更低，滾動阻力更低，抗濕滑性能更好。

許體文等[3]采用丁吡橡膠（VP）改性白炭黑，研究了VP用量對白炭黑/SBR復合材料結構及性能的影響。結果表明：VP改性削弱了白炭黑表面自身的氫鍵作用，有利于填料在橡膠基體中的分散；適量VP有明顯的促進硫化的作用；VP改性后復合材料的受限橡膠分子層數量減少，表現為弱化的橡膠-填料界面作用，從而導致復合材料的拉伸強度降低。

2 石墨烯/SBR復合材料

劉君[4]采用濕法工藝制備石墨烯/SBR母粒，并對其性能進行分析。結果表明，石墨烯用量較小時對SBR的性能有一定改善效果，并且在膠料性能的影響因素中石墨烯的用量和分散性發揮著很大作用。當石墨烯的用量在0.125份以下時，石墨烯在膠料中分散性良好，對膠料的耐磨性能有一定提升作用；隨著石墨烯的用量增大，膠料的抗切割性能提高。

鄭龍等[5]采用十八烷基胺對氧化石墨烯進行表面改性，用硼氫化鈉對其進行還原，得到功能化石墨烯（ARG），再通過溶液復合法制備ARG/SSBR復合材料，對其性能進行研究。結果表明：ARG在SSBR基體中分散較為均勻；加入ARG的復合材料的物理性能明顯提高；當ARG用量為3份時，復合材料達到了導電滲流閾值；當ARG用量為12份時，復合材料的導電性能最佳；隨著ARG用量的增大，復合材料的介電常數增大。

朱健鵬等[6]開發出一種含石墨烯的充油SSBR復合材料的制備方法。將丁二烯、苯乙烯、正己烷、正丁基鋰和四氫呋喃加入聚合釜中，經陰離子聚合反應得到SSBR膠液；將其閃蒸濃縮，脫除并回收溶劑，得到SSBR濃縮膠液；將石墨烯加入溶劑油中，充分攪拌，得到石墨烯和溶劑油的混合液，并對其進行超聲處理；將超聲后的石墨烯和溶劑油的混合液與終止劑、防老劑一并加入SSBR濃縮膠液中，充分攪拌后，經汽提、洗滌、脫水、干燥和成型處理，得到復合材料。該制備方法無需對原有充油SSBR生產線進行大幅改動，能夠降低生產線改造成本，且石墨烯分散更均勻。

陳楊等[7]采用離子液體氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（AMIMCl）對氧化石墨烯進行改性，得到了離子液體改性氧化石墨烯（GO-IL）。通過乳液混合法制備了GO-IL/SBR復合材料，研究了GOIL/SBR硫化膠的熱穩定性。結果表明：與未改性的氧化石墨烯相比，GO-IL能明顯提高SBR硫化膠的熱穩定性；當填料用量為5份時，GO-IL/SBR硫化膠的最大熱失重溫度和熱降解活化能比氧化石墨烯/SBR硫化膠分別提高了4.0 ℃和17.35 kJ·mol-1。

3 短纖維/SBR復合材料

武鮮艷等[8]用聚丙烯腈短切碳纖維（CF）作為增強劑，用天然橡膠（NR）和SBR作為基相制備了CF/NR/SBR復合材料，研究了CF用量對復合材料性能的影響。結果表明，隨著CF用量的增大，復合材料的拉伸強度降低，硬度和導熱性能提高，撕裂強度先提高后降低，當CF用量為5份時撕裂強度最高。

王杰等[9]在SBR基體中分別加入少量尼龍短纖維和芳綸短纖維制備了復合材料，研究了短纖維分散性及短纖維對復合材料加工性能、物理性能和動態力學性能的影響。結果表明：短纖維用量為2份時，可以明顯地改善復合材料的硬度、定伸應力、撕裂強度、動態儲能模量和動態損耗性能等，芳綸短纖維的改性效果優于尼龍短纖維；短纖維長度增大（從1 mm增加到3 mm）有利于提高改善效果；與尼龍短纖維相比，芳綸短纖維的分散性較差，橡膠加工過程中初始模量增幅較大。

沈俊奇等[10]在SBR中添加了不同用量的尼龍66短纖維制成尼龍66/SBR復合材料，并對其物理性能和導熱性能進行研究。結果表明，添加10份尼龍66短纖維的復合材料的100%定伸應力和撕裂強度增幅最大，添加4份尼龍66短纖維的復合材料導熱系數增幅最大。

4 其他SBR復合材料

趙鵬飛等[11]利用二硫化鉬（MoS2）和多壁碳納米管（MWCNTs）在形貌和性能上的互補性，通過簡單的機械共混制備了性能優異的SBR吸波復合材料。結果表明：MoS2和MWCNTs并用有助于促進兩者在橡膠基體中的分散，形成更完善的電磁損耗網絡；此外，雙組分并用獲得了更好的阻抗匹配和介電損耗，MoS2/MWCNTs/SBR復合材料的反射損耗（RL）達到37.07 dB，有效吸收頻寬（RL＜-10 dB時）達2.08 GHz，均優于單組分填充的復合材料；填料的加入改善了SBR的物理性能，復合材料的拉伸強度提高10 MPa以上；與單一填充體系相比，填料對復合材料的物理性能影響不大，能滿足常規結構件的承載需求。

李佳芮等[12]采用溶膠-凝膠法和冷凍干燥法制備的石墨烯氣凝膠（GA）與白炭黑復合制得白炭黑/GA復合填料（s-GA），通過機械共混法制備s-GA/白炭黑/SBR復合材料，并對其性能進行研究。結果表明：在GA中填充白炭黑，可有效減少石墨烯片層的團聚，s-GA/白炭黑/SBR復合材料的t90縮短，抗濕滑性能提高；當s-GA中GA/白炭黑用量比為1/5時，s-GA/白炭黑/SBR復合材料的拉伸強度和拉斷伸長率最大；隨著s-GA中白炭黑用量的增大，s-GA/白炭黑/SBR復合材料的耐磨性能提高。

王國勝等[13]采用水溶液法制備了堿式氯化鎂晶須，繼而采用硅烷偶聯劑對堿式氯化鎂晶須進行改性，然后將其與SBR混煉得到改性堿式氯化鎂晶須/SBR復合材料，研究了改性堿式氯化鎂晶須對SBR物理性能與熱學性能的影響。結果表明：加入改性堿式氯化鎂晶須，可以改善SBR復合材料的物理性能和阻燃性能。

楊世誠等[14]將燒結法赤泥分別經硬脂酸、鋁酸酯偶聯劑、硅烷偶聯劑和十二烷基苯磺酸鈉濕法球磨改性后，與SBR進行熔融共混，制得改性赤泥/SBR復合材料，然后對改性赤泥和赤泥/SBR復合材料的性能進行研究。結果表明：球磨改性后的赤泥粒度減小，表面官能團含量發生變化。經偶聯劑改性的赤泥，Si—O—C和Si—O—Si官能團含量增加，觸角明顯增大；改性赤泥在SBR復合材料中的分散性和相容性改善，硅烷偶聯劑改性后的赤泥填充橡膠復合材料的拉伸強度和撕裂強度顯著提高。

5 結語

SBR復合材料具有較好的物理性能、阻燃性能、抗濕滑性能、導熱性能和較低的滾動阻力等，開發利用前景廣闊。近年來，我國SBR生產能力穩步增長，但在應用方面，尤其是復合材料的應用研究方面還有很大的發展空間。除了白炭黑/SBR復合材料之外，其他復合材料的研究開發還處于實驗室或者理論研究階段，距離工業化應用還存在較大差距。今后應該進一步加強相關理論研究，為實際應用奠定理論基礎；針對不同應用領域的需求，開發多品種的復合產品，滿足不同的市場需求；通過對相關工藝的完善優化，不斷降低生產成本，提高綜合性能，進一步拓寬應用領域。