江畹蘭 編譯

(華南理工大學材料學院, 廣東 廣州 510641)

含中性粉末狀填充劑（紡織廢料）的丁苯橡膠的填充及其各項性能

江畹蘭 編譯

(華南理工大學材料學院, 廣東 廣州 510641)

闡述了從紡織廢料中得到的中性粉末狀填充劑（棉纖維）的制造過程。指出了此種填充劑對橡膠從膠乳中析出過程的影響，以及對制得的硫化膠性能的影響。

纖維填充劑；棉纖維；丁苯橡膠

近年來，橡膠科技工作者對把不同來源的纖維填充劑，用于橡膠制品的關(guān)注持續(xù)高漲。與一般填充劑不同的是，纖維是各向異性的粒子，它們能在彈性體中取向。生產(chǎn)纖維填充劑的原料來源幾乎是無限寬廣的。但纖維的生產(chǎn)和加工中會有廢料生成，因此，探索它們的最有使用前途的方向，即成為重要且現(xiàn)實的任務(wù)。

在輪胎、橡膠工業(yè)制品及膠鞋的生產(chǎn)中常使用天然纖維來增強制品。常用的有由棉、麻、毛等材料制得的纖維，絲質(zhì)材料纖維較少使用。棉纖維的結(jié)構(gòu)和組成特性，使其具有良好的力學性能和適度的吸濕性，它表面的高活性使棉纖維與橡膠有良好的粘合強度。

以前，纖維狀填充劑是在膠料制備過程中于煉膠機上加入的。把纖維加入膠料中賦予了膠料所要求的剛度，改善了其強度性能。但在煉膠機上把纖維加入膠料，不能使其在橡膠中均勻分布，而且，首先會影響硫化膠的力學性能。

已發(fā)表的文獻上說，若在乳聚橡膠生產(chǎn)工藝過程行將結(jié)束時，將纖維狀填充劑加入其中，可使其均勻地分布在橡膠基料中。最好是在橡膠從膠乳中析出時，往其中加入含酸化劑的纖維狀填充劑。但此種方法只允許往膠乳中加入1%質(zhì)量份的纖維狀填充劑，因為纖維的水分散體在酸化過程中失去了活性。

因此，在橡膠合成階段加入大量填充劑，具有重要的實用價值。有鑒于此，研究將纖維狀填充劑改變?yōu)榉勰钐畛鋭┦穷H有意義的，藉以提高其在乳聚橡膠中的用量。研究中使用了棉纖維的中性粉末狀填充劑。

和纖維狀填充劑一樣，粉末狀填充劑在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用也相當廣泛。但它們都是在制備膠料時在開煉機上加入的。因此，探索用新的方法往聚合物膠料中添加填充劑，生產(chǎn)具有新的綜合性能的橡膠制品，無論從科學技術(shù)角度，還是從生產(chǎn)實踐上來看都是很有意義的。

文中該研究項目的目的是，探索在膠乳階段往丁苯橡膠cКc-30aPК生膠中添加中性粉末狀填充劑棉纖維的可能性，選擇把該種填充劑加入生膠中的方法，評估它對制得的膠料性能的影響。

為了制得中性的粉末狀填充劑，把棉纖維研磨至纖維尺寸達1.5～2 cm，然后用濃度20%～30%的硫酸溶液對它進行處理（仔細攪拌），再把它置于干燥箱中干燥1.5～2 h。而后，把反應(yīng)物料從干燥箱中取出，用濃度為1%～2%的氫氧化鈉溶液中和，用玻璃漏斗過濾之。把所得粉末狀填充劑置于玻璃容器內(nèi)，并不斷攪動。然后再把它放入干燥箱中干燥1～2 h，經(jīng)最終干燥后，將粉末狀物料再進一步研磨至細分散狀。

橡膠從膠乳中析出過程的研究，在實驗室裝置上進行。該裝置中配備了攪拌器和恒溫箱。向凝固器中裝入20 mL膠乳（干燥固形物約18%），在規(guī)定溫度下保溫10～15 min。用氯化鈉水溶液（24%）對膠乳進行凝固。由于加入了1%～2%的硫酸水溶液，凝固介質(zhì)的PH值在所有情況下都恒定維持在2.0。制得的中性粉末狀填充劑（棉纖維）在橡膠從膠乳中析出的不同階段加入。

從工藝角度來看，選擇中性的粉末狀棉纖維填充劑加入丁苯膠乳中的方法是最重要的。

添加粉末狀棉纖維填充劑，可以被看作是典型的凝固過程（使用氯化鈉溶液作為凝固劑，硫酸溶液作為酸化劑）。凝固中都使用乳清酸化劑（PH=2～3）和乳清（PH=4～5）。

中性粉末狀填料可采用如下幾種方法加入到膠乳中：

（1）在膠乳凝固前直接以干燥狀態(tài)加入其中；（2）以干燥狀態(tài)加入含凝固劑的膠乳中；（3）與凝固劑水溶液一起加入膠乳中；（4）在橡膠從膠乳中析出完成階段，與乳清一起加入。

分析結(jié)果表明，把中性的粉末狀填充劑加入到聚合物基料中去最好的方法是，在膠乳凝固前將填充劑直接與其混合。此時，加入少量（1%）的中性粉末狀填充劑，即能完全捕獲所生成的生膠小塊。當中性的粉末狀填充劑添加量從3%提高到10%時，會導(dǎo)致在乳清及洗滌水中生成粉末狀物質(zhì)。隨填充劑添加量由7.0%增至14.0%，這種粉末狀物質(zhì)的生成量也隨之增加。

隨后，用所制得的含中性粉末狀填充劑的cКc-30aPК橡膠制備了膠料，并研究了它的力學性能。使用標準膠料用配合劑，按常用工藝方法制備膠料。

中性的粉末狀填充劑添加量分別為1%、3%、5%、10%、15%及20%。表1為填充了中性粉末狀棉纖維填充劑的cКc-30aPК硫化膠力學性能。表2為該硫化膠的硫化動力學特性。

分析所得結(jié)果表明，中性的粉末狀填充劑在橡膠中的最佳含量為5%～15%。此時，膠料具有令人滿意的工藝和力學性能。加入填充劑便稀釋了聚合物基質(zhì)，減少了雙鍵，從而導(dǎo)致耐熱老化性提高，正硫化時間實際不變。

表1 填充中性粉末狀纖維填充劑的丁苯橡膠cКc-30aPК硫化膠的力學性能

表2 填充中性粉末狀纖維填充劑的丁苯橡膠cКc-30aPК膠料的動力學特性

圖1 平衡溶脹度與中性粉末狀填充劑添加量的關(guān)系

研究所制得的膠料在甲苯及汽油（石油系溶劑）中的溶脹度是頗有意義的，因為這二種溶劑是最常見的腐蝕性介質(zhì)，最能模擬聚合物材料的使用條件。研究表明，當中性粉末狀填充劑的添加量由5%提高到10%時，橡膠在甲苯中的平衡溶脹度由200%增至250%；在汽油中的平衡溶脹度則由73%增至107%。這表明，吸收溶劑優(yōu)先體現(xiàn)在粉末狀纖維方面。分析了含活性炭黑的硫化膠吸收溶劑的過程。結(jié)果表明，其平衡溶脹度一般都超出常規(guī)范圍。

總之，紡織工業(yè)中的廢料既可作為生產(chǎn)纖維狀填充劑的基料，也可用作生產(chǎn)粉末狀配合劑的原材料，它們可用于各種用途的復(fù)合材料。

[1] поPошкообPaзHый HaполHитeль Ha оcHовe тeкcтильHых отходов [J]. пPомышлeHHоe пPоизводcтво и иcпользоЬ вaHиe элacтомePов,2010(2): 27-29.

[責任編輯：張啟躍]

TQ 333.1

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1671-8232(2014)11-0023-03

2012-11-06

江畹蘭（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年畢業(yè)于前蘇聯(lián)莫斯科羅蒙諾索夫精細化工學院。現(xiàn)任華南理工大學教授，從事聚合物結(jié)構(gòu)與變化的研究。