李旭,于祥,林堯 ,鄧濤

(青島科技大學高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

炭黑是由含炭顆粒在火焰中不完全氧化而形成的團聚體組成的,這些團聚體會相互結合而成附聚體和網(wǎng)狀結構,當膠料變形時后者又會完全分離成其原先的組成單元團聚體。炭黑的最重要性能之一是比表面積,以m2/g表示。一般說來,炭黑的疏松度越高每一團聚體中的顆粒數(shù)Np越多但是DBPA值與Np之間的對應關系還在某種程度上決定于炭黑的制作方法。橡膠制品受到的力是交變的，即應力呈周期性變化，因此有必要研究硫化膠的動態(tài)力學性質。橡膠制品動態(tài)條件下使用特點是一定變形下，頻率較高，基本上處于平衡狀態(tài)下是一種非破壞的性質。橡膠動態(tài)模量會受炭黑影響，加入炭黑使彈性模量、損耗模量均增加。炭黑的比表面積大、活性高、結構高均使彈性模量、損耗模量增加，而損耗模量、損耗因子大會使生熱增大。橡膠制品在動態(tài)下使用要求具有一定的物理機械強度且溫升要低以增加橡膠制品的使用壽命。因此通過使用低滯后炭黑，在保證物理機械性能的前提下降低動態(tài)生熱具有理論與應用價值[1～10]。

1 實驗部分

1.1 原材料

NR，越南3L標準膠；黑貓HM-G411炭黑，江西黑貓?zhí)亢谟邢薰?；BR9000，中國石化；N330炭黑，江西黑貓?zhí)亢谟邢薰?；N660炭黑，江西黑貓?zhí)亢谟邢薰?；其他藥品均為市售?/p>

1.2 設備與儀器

SK-160B型雙輥開煉機，上海橡膠機械廠；平板硫化機，LCM-3C2-G03-LM，深圳佳鑫電子設備科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，臺灣高鐵公司；硫化儀，M-3000A，臺灣高鐵公司；門尼黏度儀，MV-3000，臺灣高鐵公司；電子拉力機，JDL-2500N，天發(fā)試驗機械有限公司；橡膠加工分析儀，RPA2000，ALPHA公司。

1.3 性能測試

硫化性能：按GB/T 16584—1996測試，硫化溫度150℃；拉伸性能：采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—1998進行測試，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫；熱空氣老化：按GB/T 3512—2001測試，在100℃下老化24 h；邵爾硬度按GB/T531.1—2008測定；動態(tài)壓縮變形：測量壓縮生熱樣高度h1，壓縮生熱測試完畢后試樣常溫靜置1 h后測試試樣高度h2，變形率為（h1- h2）/h1

1.4 試樣制備

表1為試驗方設計的配方組成。

表1 試驗配方

配方中其他成分：天然膠 65；BR9000 35；再生膠 87；小料 18；補強填充體系 63；防老體系 3.5；硫化體系 6.8。

1.4.1 混煉

開煉機調整輥距，將塑煉好的NR、BR9000、再生膠放入輥隙，使之包輥產(chǎn)生適量堆積膠，加入小料、補強填充體系、硫化體系，切割翻煉，薄通后打三角包5～6次，調整輥距及擋膠板至合適距離后下片，停放8 h以上待用。

1.4.2 硫化

膠料的硫化條件：采用平板硫化機硫化，硫化溫度為150℃，硫化壓力不小于10 MPa，硫化時間為各膠料的硫化曲線tc90對應的時間。

2 結果與討論

2.1 HM-G411炭黑對硫化膠硫化性能及門尼黏度的影響

由于硫化特性與門尼黏度是壓縮膠硫化、加工的重要保障，因此研究了HM-G411對V帶壓縮膠硫化性能及門尼黏度的影響。

表2為HM-G411炭黑對硫化膠硫化性能的影響。

表2 HM-G411對硫化膠硫化特性的影響

由表2可以看出，隨著HM-G411炭黑替代N330的量不斷增加，T10略有增加，這有利于提高加工安全性，同時T90、MH-ML均增大，說明HMG411相較于N330分散性更好形成了更多的物理交聯(lián)網(wǎng)絡從而使得T90、MH-ML增大。

HM-G411炭黑對硫化膠門尼黏度的影響見圖1。由圖1可知，隨著HM-G411替代N330的量增加門尼黏度有所增大，說明HM-G411相比N330形成了更多的物理交聯(lián)鍵，但門尼黏度增加幅度不大因此并不影響混煉膠的加工性能。

2.2 HM-G411炭黑對硫化膠物理機械性能的影響

物理機械性能是壓縮膠使用性能的重要保障，因此研究了HM-G411炭黑替代量對硫化膠物理機械性能的影響。

圖1 HM-G411對硫化膠門尼黏度的影響

HM-G411炭黑替代量對硫化膠物理機械性能的影響見圖2。由圖2可知，對拉伸強度來說，HMG411補強效果要差于N330，在N330/HM-G411為12/36時拉伸強度相對較高；對扯斷伸長率來說，HM-G411效果也要差于N330，也是在N330/HMG411為12/36時扯斷伸長率相對較高；100%定伸應力、200%定伸應力、300%定伸應力曲線相差不大與扯斷伸長率圖線相反，符合常規(guī)規(guī)律；隨著HMG411替代N330的量增加，對邵爾A硬度、動態(tài)壓縮永久變形影響不大。

2.3 HM-G411炭黑對硫化膠動態(tài)生熱的影響

損耗因子（tanδ）即黏彈性材料在交變力場作用下應變與應力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比。同時tanδ也是衡量橡膠制品動態(tài)生熱的重要指標，也是評價動態(tài)制品使用效果的重要參數(shù)。

故考察了HM-G411炭黑對硫化膠tanδ的影響。

由圖3可知，相同配比的N330/HM-G411隨著測試溫度的升高，硫化膠tanδ逐漸降低。在不同的測試溫度下曲線規(guī)律類似，HM-G411用量在24份之前硫化膠tanδ降低較為緩慢，當N330/HM-G411配比為12/36時硫化膠tanδ達到最低值；之后HM-G411用量在增加硫化膠tanδ變化不大。硫化膠tanδ降低源于兩方面，一方面由于HM-G411本身具有的低結構可以降低硫化膠的滯后損失；另一方面由于HMG411提高了硫化膠交聯(lián)程度，在一定范圍內增大交聯(lián)程度會降低硫化膠tanδ。

3 結論

（1）隨著HM-G411炭黑替代N330的量不斷增加，T10略有增加同時T90、MH-ML均增大。

圖2 HM-G411對物理機械性能的影響

（2）隨著HM-G411炭黑替代N330的量不斷增加，HM-G411補強效果要差于N330；扯斷伸長率也要差于N330；100%定伸應力、200%定伸應力、300%定伸應力有所增大；邵爾A硬度、動態(tài)壓縮永久變形影響不大。

圖3 HM-G411對動態(tài)生熱的影響

（3）隨著測試溫度升高，硫化膠tanδ逐漸降低。在不同的測試溫度下曲線規(guī)律類似，HM-G411用量在24份之前硫化膠tanδ降低較為緩慢，當N330/HM-G411配比為12/36時硫化膠tanδ達到最低值；之后HM-G411用量在增加硫化膠tanδ變化不大。

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