新型高結(jié)構(gòu)炭黑填料在天然橡膠中的應(yīng)用

孟祥發(fā)

山東中橡高分子材料有限公司 山東濟(jì)南 250100

炭黑主要由碳元素組成，并含有少量的氮、氫和氧。它屬于碳的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，在橡膠、塑料和油墨等行業(yè)有突出的應(yīng)用。煙灰用于橡膠，主要作為填充和增強(qiáng)汽車(chē)輪胎和其他橡膠和塑料制品的手段。其大部分專(zhuān)家和科研人員認(rèn)為，其強(qiáng)化機(jī)制是研究的重點(diǎn)。炭黑結(jié)構(gòu)表示炭黑聚集體的大小和聚集體中空隙的體積。炭黑的結(jié)構(gòu)越大，其內(nèi)腔體積越大；高結(jié)構(gòu)炭黑具有大量支化的初級(jí)粒子形成炭黑聚集體，具有極高的補(bǔ)強(qiáng)性能，可提高橡膠制品的耐磨性、彈性和滾動(dòng)阻力等。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

高結(jié)構(gòu)球形炭黑（簡(jiǎn)稱(chēng)NCB）：國(guó)產(chǎn)；炭黑N330、天然橡膠、硬脂酸、氧化鋅、DM促進(jìn)劑、硫磺：工業(yè)級(jí)、中昊黑源化工研究設(shè)計(jì)院有限公司

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將重量比為0g/25g、7.5g/17.5g、12.5g/12.5g、25g/0g的NCB/N330復(fù)合材料放入每個(gè)燒杯中作為補(bǔ)強(qiáng)劑輪胎，然后放入每個(gè)燒杯中依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3780.18—2007天然橡膠中煙灰的鑒別方法，采用標(biāo)準(zhǔn)配方，按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)程序，機(jī)械混煉，靜置12小時(shí)，然后按規(guī)定硫化橡膠。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB6038，檢驗(yàn)橡膠硫化后的不同性能。

（2）通過(guò)冷凍切片機(jī)(EMFC7)切割一小塊硫化橡膠樣品，切割在平面上，將平面放置在原子力顯微鏡上，以表征不同橡膠分散比的NCB/N330復(fù)合物。

（3）拉伸試驗(yàn)時(shí)，截取輪胎剩余部分的斷裂界面，噴金，在掃描電鏡下觀(guān)察斷裂面形貌。

1.3 測(cè)試與表征

（1）利用TSCAN公司的vega 3 SEM掃描鏡頭，將少量標(biāo)本涂在金導(dǎo)體樹(shù)脂上，在許多因素下觀(guān)察到高度合成的黑碳的形狀和結(jié)構(gòu)。

（2）原子顯微鏡使用日本制造的spap400型顯微鏡。在原子顯微鏡中放置一個(gè)切片平臺(tái)，以便在amf模型中進(jìn)行分析。

（3）x射線(xiàn)衍生物樣品利用XRD分析ncb樣品。壓縮樣品放在空玻璃上，然后放在樣品室。利用媒介Cuk,阿爾法射線(xiàn)掃描范圍為10°-80°1入射波長(zhǎng)為0.514nm,掃描間隔為0.02°。

（4）技術(shù)-sor27紅外光譜是德國(guó)布魯克公司的一種技術(shù)-sor27紅外光譜儀。試樣應(yīng)在試驗(yàn)前24小時(shí)放入烤箱，以確保在整個(gè)試樣過(guò)程中使用試樣，并與KBR在恒溫條件下合作，確保樣品干燥。在使用儀器之前，進(jìn)行背景調(diào)查，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度，紅外光譜測(cè)定的范圍在500-4000平方厘米1之間。

2 表征結(jié)果與討論

2.1 NCB的表征

顆粒大小相等，顆粒大小約為150納米，部分聚集在一起。一個(gè)可能的原因可能是，在試驗(yàn)過(guò)程中，灰灰會(huì)大量聚集，微粒會(huì)累積和分布不均。使用掃描顯微鏡使用掃描顯微鏡分析NCB模式，并以少量的粒子均勻分布NCB粒子。這可能是由于超聲波過(guò)程中超聲波時(shí)間較短以及粒子積累。在5微米范圍內(nèi)，黑二氧化碳濃度集體分布于球狀和橢圓形的云紙上，其大小在80-200納米之間。球形、散落、體積均勻、球形邊緣、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固。

2.2 NCBs的XRD表征

2θ14°時(shí)為底物掃描的峰，26°和44°時(shí)為碳（002）和（100）的特征峰，峰越短越寬，強(qiáng)度為分析表明它是氧化石墨的特征峰衍射，因此可以判斷高結(jié)構(gòu)的煙灰具有無(wú)定形碳結(jié)構(gòu)。

2.3 NCBs的FT-IR表征

紅外光譜可以表征材料中所含的官能團(tuán)，根據(jù)吸收光的波數(shù)和波長(zhǎng)在光譜中的位置，會(huì)出現(xiàn)吸熱峰。NCB含有明顯的鍵，如CH2-、-(CH2)n-、C-H、O-H、C-O等。峰值振動(dòng)拉伸峰OH在 3431.30cm-1和CO在1623.73cm-1拉伸伸長(zhǎng)率，1538.39cm-1是NO2反對(duì)稱(chēng)拉伸振動(dòng)峰，羥基-OH(3750-3000cm-1)，1048，90cm-1是CO拉伸振動(dòng)的峰值，與N330相比，它位于1200-1700cm-1，NCB-a和N330的煙塵峰值明顯不同[1]。

3 結(jié)果分析

3.1 色散分析

輪胎中不同NCB/N330比的AFM在5μm×5μm的尺寸范圍內(nèi)。NCB和N330在混煉硫化后的橡膠中的分布，通過(guò)原子力顯微鏡可以清晰的看到。可以看出，隨著輪胎中NCBs的比例逐漸增加，輪胎中煙塵的分布變得不那么頻繁，并且結(jié)塊的尺寸為500-1000nm，當(dāng)NCB含量為30%(5(b))，NCB/N330在輪胎中的分散性能最好，粒徑小，比表面積大的N330比其他大尺寸的煙灰更容易團(tuán)聚。NCB的平均粒徑約為150nm，并且?guī)讉€(gè)顆粒聚集在一起。會(huì)形成500nm的塊，但當(dāng)NCB與N330炭黑相互作用以及炭黑與橡膠相互作用達(dá)到平衡時(shí)，當(dāng)NCB與N330配比達(dá)到最佳時(shí)，炭黑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本形成，所以分散性好[2]。

3.2 力學(xué)性能分析

NCB/N330復(fù)合填料不同配比的力學(xué)性能。隨著NCBs的加入，硫化橡膠的斷裂伸長(zhǎng)率逐漸增加，直到NCB含量達(dá)到30%左右，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到峰值，然后加入NCB后，斷裂伸長(zhǎng)率隨著填料的增加而降低是NCB，斷裂伸長(zhǎng)率降至最低；隨著NCB的加入，拉伸強(qiáng)度逐漸降低。顯然，增加新型高質(zhì)量煙灰，不旦會(huì)大大增加對(duì)硫化的吸引力；其原因可能是nncb沒(méi)有經(jīng)過(guò)顆粒處理，而是體積更大，在宏觀(guān)層面上看起來(lái)很大。這是由于橡膠在熔煉過(guò)程中混合，由于具體原因，需要進(jìn)一步研究。從300%的云力曲線(xiàn)和硬度來(lái)看，300%的硫化膠水隨著ncb的加入而急劇下降到30%。加入NCB后，觀(guān)察員部隊(duì)的撤離壓力逐漸下降，接近330N，在達(dá)到50%時(shí)相當(dāng)于330 N330N。還有12.42mba，50%，由于存儲(chǔ)的NCB分子的體積約為150納米，所以線(xiàn)粒體的體積約為30納米，從而增加了硫化膠的彈性。因此，我們可以得出結(jié)論，如果滿(mǎn)足不同的外部條件，表面結(jié)構(gòu)較大的填充物略有變化，硬度也相應(yīng)相應(yīng)改變；通過(guò)NCB和N330之間的協(xié)同作用，硫輪胎的性能更好[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

高結(jié)構(gòu)煙塵顆粒為球狀，直徑直徑約150納米。當(dāng)二氧化碳濃度為50%的填料時(shí)，橡膠中的黑碳的散布得更好，效果更好，當(dāng)NCB含量為30%時(shí)，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最低，為-44.06℃，儲(chǔ)能模量最低，剛度最低[4]，耐低溫性能最好。此時(shí)，其0℃時(shí)的tanδ值為0.1136，接近0時(shí)的NCB比值，60℃時(shí)的tanδ值為0.1096，為0時(shí)比值的89.40%，滾動(dòng)阻力增加了10.60%[5]。