仲啟坤,李慧敏,徐 浩,張兆紅
(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州 221140)
凹凸棒土又名坡縷石,是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物材料,其比表面積較大,穩(wěn)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(jié)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(yōu)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(yīng)用研究較多,但在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用較少,納米凹凸棒土在橡膠制品中的應(yīng)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(fù)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。
NR,SMR20,馬來西亞產(chǎn)品;SBR,牌號1712,中國石油蘭州化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品;BR,牌號9000,中國石油吉林石化公司產(chǎn)品;納米凹凸棒土,江蘇玖川納米材料科技有限公司產(chǎn)品;炭黑N770和炭黑N330,江蘇省海安縣東洋化工廠產(chǎn)品。
NR 30,SBR 45,BR 25,納米凹凸棒土或其他無機填料(陶土、輕質(zhì)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。
XK-160型開煉機,廣東省湛江機械廠產(chǎn)品;QLB-50D/Q平板硫化機,無錫市第一橡塑機械有限公司產(chǎn)品;GT-M2000-A型無轉(zhuǎn)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(chǎn)品;WPS-100型橡膠疲勞試驗機,江都真威試驗機械有限公司產(chǎn)品。
膠料混煉在開煉機上進行,輥溫為40~50 ℃,輥距為1.5 mm?;鞜捁に嚍椋荷z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。
各項性能均按照相應(yīng)國家標準進行測試。
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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi),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(xiàn)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(xiàn)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。
分別將納米凹凸棒土/炭黑復(fù)合填料和其他無機填料(陶土、輕質(zhì)碳酸鈣和白炭黑)/炭黑復(fù)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(jié)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(fù)合填料和陶土/炭黑復(fù)合填料的并用膠的綜合性能明顯優(yōu)于添加白炭黑/炭黑復(fù)合填料和輕質(zhì)碳酸鈣/炭黑復(fù)合填料的并用膠;添加納米凹凸棒土/炭黑復(fù)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(yōu)異,但磨耗量稍大;添加陶土/炭黑復(fù)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(fù)合填料的并用膠。
(1)將納米凹凸棒土/炭黑復(fù)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(yīng)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(zhì)碳酸鈣、白炭黑)/炭黑復(fù)合填料的并用膠相比,添加納米凹凸棒土/炭黑復(fù)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(fù)合填料的并用膠相近,耐屈撓性能較好,耐磨性能稍差。