吴莉莉1，袁维娜2(1.山东省产品质量检验研究院，山东济南 250102;2.云南震安减震技术有限公司，云南昆明 650000)
摘 要：通过力学性能、耐油、耐水、RPA(橡胶加工分析仪)等测试，研究了超细滑石粉与白炭黑并用对浅色丁腈橡胶性能的影响。结果表明，随着滑石粉与白炭黑并用比的增加，100%定伸应力和压缩永久变形性能提高，其他力学性能有所降低，最佳并用比为2/3～3/2;加入滑石粉有利于提高胶料的耐热、耐油、耐水性能及加工性能，可用于O型圈和油封等密封领域。
关键词：丁腈橡胶;滑石粉;白炭黑;RPA
中图分类号：TQ330.1+5;TQ333.7文献标识码：B 文章编号：1005-4030(2014)05-0044-04
沉淀法白炭黑是传统的补强填料，具有高比表面积、高活性、独特物理化学性能，在白色和浅色填料中补强性能优异，大量用于制造浅色橡胶制品，降低生热、提高撕裂性能以及抗湿滑性能[1]。但白炭黑也存在难以解决的问题。当橡胶中添加大量的白炭黑时，填料之间形成网络结构，胶料的粘度会大幅度升高，给胶料的加工性能造成不良影响。为了促进白炭黑在橡胶制品中更为广泛地使用，需排除这些加工问题[2]。
滑石粉是一种天然片状矿物，理论化学组成SiO263.47%，MgO31.68%，H2O 4.75%，Mg(OH)20.10%[3]，配方设计人员一直使用它来改善橡胶的加工性能，从而使粘度降低，模内流动性提高，以莫氏硬度来衡量，它在所有工业矿物中是最软的，因此可较大限度地减少对加工设备的磨损[4]。同时价格低廉，仅为白炭黑的2/3左右。
本文利用滑石粉的这一优点，将滑石粉与白炭黑并用，研究其对浅色丁腈橡胶性能的影响。
1·实验部分
1.1 主要原材料
NBR，LG6280，韩国现代(LG)公司;白炭黑，N255(沉淀法，1000目，密度约2.32g/cm3)，南吉化学工业有限公司;滑石粉，8000目，密度约2.78g/cm3，桂林龙胜日升超细滑石粉有限公司;其他配合剂均为橡胶工业市售品。
1.2 基本配方
LG6280，100;ZnO，5;SA，2;MB，1.5;防RD，0.5;RF-70，3;SI-69，4;DOP，5;S-120，2;S-80，0.5;TMTD，1.5;促CZ，2;DTDM，3;N255/滑石粉，变量。
1.3 主要仪器与设备
双辊开炼机，Φ160×320，佰弘机械(上海)有限公司;橡胶加工分析仪，RPA2000，美国阿尔法公司;邵尔A硬度计和Z010高低温材料试验机，德国Zwick公司;GT-H2000-PA无转子硫化仪，GT-7017-L型老化恒温箱，GT-7080-32 型门尼粘度仪，GT-7012-T型Taber磨耗机均为高铁检测仪器有限公司。
1.4 试样制备
胶料混炼：调整开炼机辊距，先后加入生胶、白炭黑、SI-69、滑石粉进行混炼，然后再加入小料、DOP、硫化剂，薄通6次，下片，停放过夜，用前返炼5min。
胶料硫化：称取质量7～8g混炼胶进行流变仪测试，确定170℃时的正硫化时间t90，在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为170℃×t90。
1.5 测试方法
拉伸剪切强度：按GB/T 13936-1992测试，剪切拉伸速度为50mm/min;RPA 应变扫描：温度60℃，频率1Hz，应变范围为0.27%～98%;压缩永久变形：按GB/T 7759-1996测试，B型试样，测试条件为100℃×70h，压缩率25%;耐油性能：ASTM-1#和3#标准油，测试条件为100℃×70h;其他各项性能均按相应最新国家准标进行测试。
2·结果与讨论
表1为滑石粉/白炭黑并用比所对应的白炭黑和滑石粉的用量，即0～100%的白炭黑被滑石粉等体积取代，由两者密度计算出1.2份滑石粉与1份白炭黑体积相当。
2.1 硫化特性
表2为滑石粉/白炭黑对NBR硫化特性的影响。对于硫黄硫化体系，白炭黑表面存在亲水性的硅醇基团，它可以与可溶性的锌盐和促进剂发生反应，从而导致白炭黑填充橡胶焦烧时间延迟，硫化时间增加。滑石粉取代部分白炭黑后，会改善此类问题，并且能够促进硫黄硫化NBR 胶料的硫化进程，但同时滑石粉与橡胶的相互作用能力远低于白炭黑。如表2所示，随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，焦烧时间(t10)稍有缩短，正硫化时间(t90)明显缩短，硫化速度提高;MH，ML和MH-ML均有所降低，但降低幅度逐渐减小。
2.2 门尼粘度
表3为滑石粉/白炭黑并用比对NBR门尼粘度的影响。由于白炭黑表面存在硅醇基，白炭黑之间以及白炭黑与橡胶之间形成的氢键多，结合能力强，胶料的分子链运动能力减弱。而滑石粉结构中二氧化硅表面无硅醇基，仅Mg(OH)2中含有-OH键，形成的氢键少，对胶料的分子链运动无限制。如表3所示，随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，胶料的门尼粘度值呈降低趋势，但降低幅度逐渐减弱，材料的加工流动性能得到优化和改善。在加工过程中，可以缩短混炼时间，提高胶料在挤出以及模压硫化时的流动性，并降低压延和挤出生热量。
2.3 力学性能影响
滑石粉/白炭黑并用比对胶料力学性能的影响如表4所示。随着并用比的增加，胶料的硬度、200%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度均逐渐下降，耐磨性能减弱，但100%定伸应力稍有增大，对回弹性能无影响，压缩永久变形性能改善。因此，滑石粉的加入使力学性能降低，最高取代量不能超过60%。在密封领域，如O 型圈和骨架油封来说，小定伸应力提高对于产品的使用性能是有利的。但耐磨性降低不利于动密封的使用，需要加入适量的润滑剂提高耐磨性。
2.4 耐介质性能
分别选择1#标准油，3#标准油，水，热空气作为介质，对胶料进行测试，耐油测试条件为100℃×70h，耐水测试条件为99℃×70h，热空气老化测试条件为100℃×70h，结果如图1及表5所示。
图1为不同介质下滑石粉/白炭黑并用比对NBR定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率的影响。表5为不同介质下滑石粉/白炭黑并用比对NBR硬度及体积、质量变化的影响。从图1(a)～(d)可知，随滑石粉/白炭黑并用比的增加，其性能变化规律与常温时变化规律基本一致;与老化前相比，100%，200%定伸应力增加，拉断伸长率降低;热空气老化使拉伸强度增加，其他介质中老化的拉伸强度均下降;老化后，随着并用比的增加，除拉断伸长率变化值逐渐增加外，其他性能的变化值逐渐减小。由表5可知，各种介质老化条件下，并用比增加对胶料的硬度、体积和质量变化影响不大。综合考虑，加入滑石粉，有利于提高胶料的耐热性能、耐油性能及耐水性能。
2.5 RPA分析
图2为NBR胶料的储能模量(G′)和损耗因子(tanδ)与应变的关系。由图2(a)可看出，胶料都呈现出Payne效应，即G′随应变振幅的增大而减小，且随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，G′逐渐降低。由图2(b)看出，随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，tanδ逐渐增大。这表明加入滑石粉使胶料的粘性增加，弹性降低，容易加工。
3·结论
1)随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，胶料的t90明显缩短，硫化速度提高，门尼粘度逐渐降低，除100%定伸应力和压缩永久变形性能提高之外，其他力学性能均有所降低，最佳并用比为2/3～3/2。
2)加入滑石粉有利于提高胶料的耐热性能、耐油性能及耐水性能，可应用于密封领域，如O型圈和油封配方当中。
3)随着滑石粉/白炭黑并用比的增加，G′逐渐降低，tanδ逐渐增大，这表明加入滑石粉使胶料的粘性增加，弹性降低，容易加工。
参考文献：
[1]赵杰，刘甲，钱海燕.沉淀法白炭黑在橡胶产品中的应用[J].无机盐工业，2009，41(7)：9-11.
[2]郭海军.白炭黑在丁腈橡胶中的分散性研究[D].广州：广东工业大学，2007.
[3]狄宏伟，宋宝祥.滑石类型对其湿法超细加工性能的影响[J].中国非金属矿工业导刊，2010，3：9-12.
[4]朱永康.Mistron滑石粉与炭黑的协同作用[J].橡胶参考资料，2010，40(5)：41-44.
