第４８卷第２期 杭 州 化工 Ｖｏｌ＿４８ Ｎｏ．２ ２０１８年６月 Ｈ ＧＺＨＯＵ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ Ｊｕｎ．２０ｌ８ 炭黑用量对丁苯橡胶１５０２性能的影响 丰鲜花，江武兵 （中策橡胶集团有限公司，浙江杭州３１００１８） 摘要：实验研究炭黑用量对丁苯橡胶（ＳＢＲ１５０２）性能的影响。结果表明：炭黑的加入显著提高了 ＳＢＲ１５０２橡胶的拉伸强度，降低了断裂伸长率；老化后的ＳＢＲ１５０２拉伸强度和断裂伸长率总体都 下降。随炭黑用量的增加，ＳＢＲ１５０２的耐切割性能变好，耐磨耗性能增强，回弹性逐渐减小，焦烧 时间变短．硫化速度变慢，抗湿滑性提高，滚动阻力变大。 关键词：ＳＢＲ１５０２：炭黑；性能 ｄｏｉ：１０．１３７５２８．ｉｓｓｎ．１００７—２２１７．２０１８．０２．００７ 目前为止．丁苯橡胶（ＳＢＲ１５０２）是用量最大的通 机，高铁检测仪器有限公司；ＧＴ—Ｍ２０００一Ａ硫化测定 用合成橡胶．其加工性能及制品的使用性能接近于 仪，高铁检测仪器有限公司；ＶＲ７１２０粘弹性试验机， 天然橡胶．具有较好的耐磨、耐热和耐老化性能，用 日本上岛。 途广泛。但是纯丁苯橡胶的强度和模量很低，需要填 １．２实验方法 充炭黑、白炭黑和高岭土等补强材料进行共混改性。 １．２．１基本配方 在ＳＢＲ１５０２中加入炭黑后，其拉伸性能、耐磨耗性 基本配方（质量份，本文中的所有“份”均指“质量 能、抗切割性能得到明显改善，通过不同炭黑用量下 份”）：丁苯橡胶（ＳＢＲ１５０２）１００份，有机锌３．０份（以 ＳＢＲ１５０２的性能变化．分析炭黑在不同用量下对 丁苯橡胶为基数计，下同），硬脂酸１．０份，硫磺１．７５ ＳＢＲ１５０２的作用。根据不同部件性能要求选择合适的 份，促进剂ＮＳ １．０份，炭黑Ｎ３３０的变量分别为３Ｏ、 炭黑用量。 ４０、５０、６０和７０份。 本文旨在考察炭黑用量对丁苯橡胶各方面性能 １．２．２试样制备 的影响，以期对它的生产过程中配方调整提供指导。 将丁苯橡胶１５０２加入转速为６０ ｒ／ｍｉｎ的１．５ Ｌ 小型密炼机中—— 口压０．５ ｍｉｎ—一加入炭黑后加 １实验部分 压混炼２ ｍｉｎ一提上顶栓清扫一加压１ ｍｉｎ １．１主要原材料与设备 排胶。然后将排出的混炼胶送至开放式炼胶机下片 原材料：ＳＢＲ丁苯橡胶，牌号１５０２，吉林化学工 冷却，停放２４ ｈ后加硫。加硫程序如下：胶料包辊，抽 业股份有限公司；炭黑Ｎ３３０，青岛德固萨化学有限公 余胶，加入促进剂、硫磺，等粉吃干净后加入余胶。捣 司产品；氧化锌，石家庄志亿锌业有限公司；硬脂酸， 胶４个后薄通打三角包５个，然后下片冷却。 杭州油脂化工有限公司：硫磺．衢州市瑞拓矿业有限 胶料停放２４ ｈ后，硫化各种需测试的试样。 公司；促进剂ＮＳ，山东尚舜化工有限公司。 １．３测试分析 设备：１．５ Ｌ小型密炼机（ＧＫ１．５Ｎ），益阳橡胶塑 硫化胶的拉伸性能采用ＡＩ一７０００Ｓ电子拉力机． 料机械集团有限公司；ＸＫ．４５０开炼机，益阳橡胶塑料 按照ＧＢ／Ｔ５２８—２００９的国家标准执行： 机械集团有限公司；１００ ｔ框式平板硫化机，浙江省湖 硫化胶的切割损失值采用橡胶耐切割试验机 州市和孚橡胶厂：ＡＩ一７０００Ｓ电子拉力机，高铁检测仪 测定，测试条件：实验时间３０ ｍｉｎ，轮速７２５ ｒ／ｍｉｎ． 器有限公司：ＲＣＣ．１橡胶动态切割试验机，北京万汇 打击速度８０次／ｍｉｎ： 一方科技发展有限公司；ＭＨ．００３型阿克隆磨耗机． 硫化胶的磨耗性能采用ＭＨ一００３型阿克隆磨耗 高铁检测仪器有限公司：ＧＴ．７０４２－ＲＥ橡胶弹性试验 机，测试方法按照ＧＢ／Ｔ１６８９－－２０１４国家标准执行： 收稿日期：２０１８－０３—０８ 第２期 丰鲜花。等：炭黑用量对丁苯橡胶１５０２性能的影响 · ２３ · 硫化胶的回弹性能采用ＧＴ一７０４２．ＲＥ橡胶弹性 拉伸强度和断裂伸长率总体上比老化前小。 试验机测试．测试方法按照ＧＢ／Ｔ１６８ｌ一２ｏ０９国家 ２．２炭黑用量对橡胶耐切割性能的影响 标准执行： 图２给出了橡胶耐切割性随炭黑用量的变化 硫化特性采用ＧＴ．Ｍ２０００一Ａ硫化测定仪，测试 曲线。 方法按照ＧＢ，Ｔ１６５８４—１９９６国家标准执行； 胶料的动态力学性能使用日本上岛ＶＲ７１２０粘 弹性试验机测试，测试条件：预应变７％，动应变０．２５％， 频率ｌ０ Ｈｚ。温度一５０－－￣１００℃，升温速率２‘￣Ｃ／ｍｉｎ。 ２结果与讨论 孺 谨 ２．１炭黑用量对拉伸性能的影响 图１给出了橡胶老化前后拉伸性能随炭黑用 量的变化曲线。 —－一老化前拉伸强度 Ｉ一老化前断裂伸长率 ＋老化后拉伸强度 ＿▲ －老化后断裂伸长率 图２耐切割性随炭黑用量的变化曲线 由图２可知．炭黑用量为３Ｏ份时。混炼胶的耐切 割值最大，耐切割性最差。随着橡胶试样中炭黑用量 善 的增多。试样的耐切割性提高。在炭黑用量为６０份左 醺 右时耐切割性能达到最优。而后随着炭黑用量的进～ 量 步增加。耐切割性能下降。 ２．３炭黑用量对橡胶耐磨耗性能的影响 炭黑作为橡胶最主要的补强物质，图３是橡胶试 样的磨耗体积随炭黑用量的变化曲线图。 图１老化前后拉伸性能随炭黑用量的变化曲线 由图１可以看出，ＳＢＲ１５０２在老化前，炭黑用 专 量小于６０份时，拉伸强度随着炭黑用量的增加而 面 耀 逐渐增大．此时炭黑以颗粒形式分散于橡胶体系 中。炭黑的活性表面通过物理及化学作用与若干高 分子链结合形成一种交联结构［１－２］。在拉伸过程中， 炭黑粒子间的分子链均匀分担所加的负荷，力的平 均分布使强度得到改善，断裂伸长率也较大。其中， 在炭黑用量为４０份时，断裂伸长率最大。炭黑用量 图３磨耗性随炭黑用量的变化曲线 越多，ＳＢＲ分子链间距过近，炭黑的补强效果减弱， 致使拉伸强度降低。当炭黑用量在７０份时，炭黑聚 由图３可以看出，随着炭黑用量的增加，橡胶试 集体连续成相，改变了整个交联网络的抗破坏能 样的磨耗量减小。试样的耐磨耗性能明显提高。 力，拉伸强度与断裂伸长率都变差。 ２．４炭黑用量对橡胶回弹性能的影响 由图１还可以看出。ＳＢＲ１５０２在老化后，橡胶 图４给出了橡胶回弹性随炭黑用量的变化曲线。 长分子链断裂，胶料老化变硬。ＳＢＲ１５０２在老化后的 橡胶的高弹性源于橡胶分子运动，完全由卷曲分 杭州化工 第４８卷 正硫化时间变短，硫化速度反而越慢。 ５６ ２．６炭黑用量对橡胶动态性能的影响 ５２ 表２考察了炭黑用量对橡胶抗湿滑性和滚动阻 力的影响。由于橡胶的摩擦力及滚动阻力通过橡胶材 料周期形变影响到能量损耗，因此使用变形指数的解 析方法能够得到各温度范围内的粘弹性与轮胎性能 的关系。一般情况下，温度０℃时ｔａｎ８值较大的胶料 ４８ 曰 ４４ 具有更好的抗湿滑性能。而温度６０℃时ｔａｎ８值较小 ４０ 的胶料具有更低的滚动阻力，测试结果见表２。 ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ 炭黑Ｎ３３０用量，份 表２ 不同炭黑用量的橡胶抗湿滑性和滚动阻力 图４回弹性随炭黑用量的变化曲线 子的构象变化所致。炭黑含量越多，配方的含胶率就 越来越低．越来越多的橡胶大分子链上吸附有炭黑粒 子，对橡胶的弹性越不利。在图４中可以明显看出，橡 胶的回弹性随着炭黑用量的增加而逐渐减小。 从表２可见．随着橡胶试样中炭黑含量的增加． ２．５炭黑用量对橡胶硫化特性的影响 温度０ ｏＣ时的ｔａｎ６值越大．表明试样具有更好的抗湿 表１考察了炭黑用量对橡胶硫化特性的影响， 滑性能；相对而言，温度６Ｏ ｏ【＝时ｔａｎ８值越来越大，试 其中最小扭矩（ＭＬ）、最大扭矩（ ）及最大扭矩焦烧 样的生热大，滞后损失大，滚动阻力也大。在实际生产 时间（ ）、试样转矩达到 ＋Ｏ．１（ ）时所对应 中。需要选取合适的炭黑用量，兼具高抗湿滑性和低 的时间（Ｔｃ１０）、正硫化时间（Ｔｃ９０）和硫化速度［１００／ 滚动阻力 （孔９Ｏ—ｒｃ１０）］的测试结果见表１。 表１ 不同炭黑用量的橡胶硫化特性 ３结论 （１）随着炭黑的加入，ＳＢＲ１５０２的拉伸强度有了 显著提高；而炭黑用量大于６Ｏ份后，拉伸强度出现 降低。在炭黑用量为４０份时，断裂伸长率最大。老化 后的ＳＢＲ１５０２拉伸强度和断裂伸长率总体都下降 （２）随着炭黑用量增多，ＳＢＲ１５０２的耐切割性能 达到最佳，耐磨耗性能提高，回弹性逐渐减小，硫变 最小扭矩和最大扭矩都变大．焦烧时间缩短．硫化速 一般而言， 值大，橡胶试样的交联密度大，拉 度变慢；胶料的抗湿滑性越好，滚动阻力反而越大。 伸强度大，硬度高； 值小，橡胶试样的流动性好；由 参考文献： 表１可以看出．随着炭黑用量的增加，橡胶试样的最 ［１］关兵峰，魏海捷，马国富，等．炭黑填充橡胶补强机理研究 小硫化转矩（ ）和最大硫化转矩（ ）均随着炭黑用 进展［Ｊ３．特种橡胶制品，２０１０，３１（２）：５９—６４． 量增加而逐渐增大，炭黑Ｎ３３０是炉法炭黑的一种．其 ［２］ 宋宝生，译．炭黑在弹性体中补强机理的模拟［Ｊ］．橡胶 表面碱性基团较多，容易导致胶料的焦烧时间变短， 参考资料，１９９７，２７（５）：６－８． “微生物转化生物质制油气燃料的能质传递强化 过程的ＣＯ：多相传递机理和强化方法是该项目的 机理”获浙江省自然科学一等奖 关键技术之一，在此项研究内容的支撑下，浙江大 在国家重点研发计划“煤炭清洁高效利用和新 学能源工程学院程军教授研发提出的“微生物转化 型节能技术”重点专项２０１６年立项项目“二氧化碳 生物质制油气燃料的能质传递强化机理”于２０１８年 烟气微藻减排技术”的主要研究工作中．微藻固碳 ４月１１日获浙江省自然科学一等奖。