张喜亮1,涂善东2,贾德民3(1·华东理工大学材料科学与工程学院,上海200237; 2·华东理工大学化工机械研究所,上海200237; 3·华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640)
摘要:考察了固态原位接枝改性制备的甲基丙烯酸接枝改性炭黑对天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)静态力学性能、动态力学性能的影响。结果表明,甲基丙烯酸改性炭黑比普通商品炭黑填充的NR硫化胶具有更好的静态力学性能;甲基丙烯酸改性炭黑更有利于降低NR和BR硫化胶的滚动阻力,同时,有利于提高NR硫化胶的抗湿滑性。
关键词:甲基丙烯酸;固态原位接枝;炭黑;天然橡胶;顺丁橡胶;力学性能;动态力学性能
中图分类号:TQ 330·38文献标识码:B文章编号:1000-1255(2005)04-0293-03
炭黑是工业应用最早的纳米粉体材料,因其具有无法比拟的增强效果,故在橡胶工业中的地位是不可代替的。然而,目前商业炭黑还存在着一些问题,如如何降低其滚动阻力和提高其抗湿滑性等。为解决这些问题,国外开发了低滞后炭黑、转化炭黑,但其力学性能受到了一定影响。在炭黑改性方面,进行了大量的研究[1~8],因其多为液相中的改性,成本比较高,不适宜扩大规模。本课题组提出乙烯基单体固态原位接枝改性炭黑的方法[9],并研究了马来酸酐改性炭黑对天然橡胶(NR)黏合及动态力学性能的影响[10]。本工作考察了甲基丙烯酸(MAA)固态原位接枝改性炭黑对NR力学性能及NR、顺丁橡胶(BR)动态力学性能的影响。
1 实验部分
1·1 原材料
NR, 20#标准,海南天然橡胶厂产品。BR,申江牌,上海高桥石油化工公司化工厂产品。白炭黑,沉淀水合二氧化硅,福建省泰宁合成氨总厂白炭黑厂产品。炭黑、促进剂NOBS、促进剂CZ、防老剂4010 NA、不溶硫黄IS 60、氧化锌、硬脂酸、操作油等,均由广州珠江轮胎有限公司提供。MAA固态原位接枝改性炭黑,自制。
1·2 试样制备
基本配方(质量份):橡胶100,炭黑32·5,白炭黑12·5,氧化锌8,硬脂酸2,操作油4,防老剂4010 NA 2,促进剂CZ 0·6,促进剂NOBS 0·6,IS 60 2·5。
在160双辊开炼机(152 mm×305 mm)上制备混炼胶,辊筒速比为1∶1·42。橡胶塑炼后添加小料,接着添加白炭黑、炭黑,最后添加硫黄。胶料放置24 h后返炼,采用25 t平板硫化机按正硫化时间进行硫化。
1·3 分析与测试
力学性能 拉伸强度、定伸应力、扯断伸长率、拉伸永久变形等采用国产DXLL-2500型电子拉力机按GB 528—82进行测试;撕裂强度(直角、无缺口试样)按GB 530—81进行测试。老化条件为: (100±1)℃, 48 h。
硫化特性 采用美国Alpha科技有限公司生产的RPA 2000型橡胶加工性能分析仪进行测试。动态力学性能 采用美国TA公司生产的DMA 2980型动态力学分析仪进行测试。测试条件:频率10 Hz,应变温度-120~120℃,升温速率3℃/min,采用拉伸夹具。
2 结果与讨论
2·1 静态力学性能
由表1可以看出,添加MAA改性炭黑N 330比添加普通炭黑N 330的NR硫化胶300%定伸应力、500%定伸应力、拉伸强度、邵尔A型硬度有明显提高;且老化后仍保持较高的拉伸强度、邵尔A型硬度、扯断伸长率,但300%定伸应力有一定幅度的下降。MAA改性炭黑N 330对NR硫化胶的撕裂强度、回弹性影响不大。
由表2可看出,添加MAA改性炭黑N 220有利于提高NR硫化胶的拉伸强度、扯断伸长率、邵尔A型硬度,降低了压缩生热, 300%定伸应力、500%定伸应力有一定幅度的下降,对其撕裂强度和回弹性影响不大。添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化胶老化后,保持了较高的拉伸强度,特别是扯断伸长率仍达492%。
2·2 动态力学性能
2·2·1 MAA改性炭黑对BR硫化胶动态力学性能的影响
由图1可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的BR硫化胶在60℃附近的损耗因子(tanδ)明显小于添加普通炭黑N 220的BR硫化胶。这说明添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化胶的滚动阻力。
2·2·2 MAA改性炭黑对NR硫化胶动态力学性能的影响
由图2可以看出,添加MAA改性炭黑N 220的NR硫化胶在60℃的tanδ明显小于添加普通炭黑N 220的NR硫化胶,而前者在0℃的tanδ略高于后者。这说明添加MAA改性炭黑N 220不但有利于降低NR硫化胶的滚动阻力(60℃的tanδ约降低11%, 70℃的tanδ约降低25% ),同时有利于提高NR硫化胶的抗湿滑性(0℃的tanδ增大约10% )。
3 结 论
a)添加MAA改性炭黑有利于提高NR硫化胶的拉伸强度、扯断伸长率,且老化后具有较高性能保持率,有利于降低硫化胶的压缩疲劳生热。b)添加MAA改性炭黑N 220有利于降低BR硫化胶的滚动阻力;有利于降低NR硫化胶滚动阻力的同时提高其抗湿滑性。
