郭 虎，楊振林，布乃豪，鄒盛海，李云峰

（山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司 國(guó)家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽(yáng)谷 252300）

丁腈橡膠（NBR）是由丁二烯和丙烯腈單體經(jīng)乳液聚合得到的共聚物。丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的NBR有助于提高硫化膠的強(qiáng)度和耐磨性能，但會(huì)使彈性下降。由于含有丙烯腈極性基團(tuán)，因此NBR對(duì)非極性或弱極性的礦物油、動(dòng)植物油、液體燃料和溶劑等化學(xué)物質(zhì)具有良好的抗耐性。NBR的耐熱性能較好，可在120 ℃熱空氣中長(zhǎng)期使用，耐熱氧老化和日光老化性能優(yōu)異，氣密性僅次于丁基橡膠，廣泛應(yīng)用于制備燃料膠管，耐油膠管，油封、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)用密封件，橡膠隔膜，印刷膠輥，膠板，橡膠制動(dòng)片，膠粘劑，膠帶等各種橡膠制品中，成為橡膠制品重要的膠種[1-4]。

白炭黑即水合無(wú)定形二氧化硅，是一種大比表面積、高結(jié)構(gòu)度、高活性的補(bǔ)強(qiáng)填料，具有特殊的表面結(jié)構(gòu)、顆粒形態(tài)及物理和化學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用十分廣泛。白炭黑與炭黑不同，屬于非石油系產(chǎn)品，原料來(lái)源廣泛、環(huán)?？稍偕以谙鹉z補(bǔ)強(qiáng)填料中白炭黑的用量?jī)H次于炭黑。然而，白炭黑與橡膠的相容性較差，極性較強(qiáng)，其粒子表面的硅羥基相互作用形成氫鍵，二次團(tuán)聚和結(jié)構(gòu)化傾向嚴(yán)重，加工性能遠(yuǎn)不如炭黑。

為使白炭黑在橡膠中良好分散，一般添加硅烷偶聯(lián)劑，且效果較顯著，但白炭黑中的一些活性基團(tuán)會(huì)減弱硅烷偶聯(lián)劑的作用，從而影響膠料的性能。為進(jìn)一步改善白炭黑膠料的加工性能，需配合使用特定的白炭黑分散劑，因此開(kāi)發(fā)高品質(zhì)白炭黑分散劑及改善白炭黑應(yīng)用性能的研究工作對(duì)于橡膠工業(yè)具有十分重要的意義[5-7]。

我公司生產(chǎn)的白炭黑分散劑H60EF是以脂肪酸鋅皂為主的脂肪酸鹽衍生物混合物，作為白炭黑分散劑，尤其適用于含有高活性白炭黑的膠料。白炭黑分散劑H60EF的主要作用是降低膠料門(mén)尼粘度、改善膠料流動(dòng)性，且在膠料停放過(guò)程中可以減輕白炭黑的結(jié)構(gòu)化，從而有效保持膠料的門(mén)尼粘度穩(wěn)定，改善后續(xù)加工。

本工作研究白炭黑分散劑H60EF在白炭黑補(bǔ)強(qiáng)NBR中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NBR，牌號(hào)1052，鎮(zhèn)江南帝化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑175GR，濰坊海化股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑分散劑H60EF，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NBR 100，白炭黑175GR 50，氧化鋅 5，硬脂酸 1，偶聯(lián)劑TESPT 5，防老劑4020 1.5，防老劑RD 1，軟化劑 7，硫黃3.5，促進(jìn)劑 1.2。

試驗(yàn)配方：除添加3份白炭黑分散劑H60EF外，其他同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1/10-120型密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；XK-160型開(kāi)煉機(jī)，大連誠(chéng)信橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；HS-100T-RTMO型平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技（深圳）有限公司產(chǎn)品；MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門(mén)尼粘度試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；3365型萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；FT-1260型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)，日本上島制作所產(chǎn)品；GT-7017-M型熱老化試驗(yàn)機(jī)、GT-7011-DG屈撓試驗(yàn)機(jī)和GT-7012-AH1型高溫AKRON耐磨試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；VHX-7000型數(shù)碼顯微系統(tǒng)，日本基恩士公司產(chǎn)品；D-RPA3000型橡膠加工分析（RPA）儀，德國(guó)Montech公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：生膠、壓壓砣（60 s）→提壓砣、加1/2白炭黑、防老劑等小料（10 s）→混煉（60 s）→提壓砣、加剩余1/2白炭黑→混煉（60 s），中位清掃（10 s）、壓壓砣混煉（50 s）→排膠（145 ℃）。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→充分混煉后下片。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能和成品性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

白炭黑分散劑H60EF的理化性能見(jiàn)表1。

由表1可以得出，白炭黑分散劑H60EF理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 白炭黑分散劑H60EF的理化性能

2.2 硫化特性

膠料的硫化特性見(jiàn)表2，tanδ為損耗因子。

表2 膠料的硫化特性

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼粘度較小，從膠料不同停放時(shí)間的門(mén)尼粘度可知，添加白炭黑分散劑H60EF的膠料門(mén)尼粘度較低，說(shuō)明白炭黑分散劑H60EF可通過(guò)內(nèi)潤(rùn)滑和物理包覆減少白炭黑二次團(tuán)聚，從而降低膠料的門(mén)尼粘度，改善加工性能；t10和t90縮短，加工性能相對(duì)較好，生熱無(wú)增大趨勢(shì)。

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能見(jiàn)表3。

表3 硫化膠的物理性能

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗(yàn)配方硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度均有不同程度提高，耐磨性能和耐屈撓性能略有提高。老化后硫化膠各項(xiàng)性能變化規(guī)律與老化前大致相同，說(shuō)明白炭黑分散劑H60EF對(duì)膠料的耐老化性能基本無(wú)影響。

2.4 分散性

硫化膠斷面的顯微鏡照片見(jiàn)圖1。

圖1 硫化膠斷面的顯微鏡照片（放大300倍）

從圖1可以看出，未添加白炭黑分散劑H60EF的白炭黑補(bǔ)強(qiáng)NBR中白炭黑粒子與橡膠間的界面清晰，且有大塊結(jié)合膠，而添加白炭黑分散劑H60EF的白炭黑補(bǔ)強(qiáng)NBR中白炭黑粒子的尺寸變小，無(wú)明顯結(jié)合膠，白炭黑粒子與橡膠的界面模糊，說(shuō)明白炭黑分散劑H60EF促進(jìn)分散作用明顯。

2.5 RPA分析

混煉膠的彈性模量與應(yīng)變的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 混煉膠的彈性模量與應(yīng)變的關(guān)系曲線

從圖2可以看出：在較低應(yīng)變下，生產(chǎn)配方混煉膠的彈性模量較大，隨著應(yīng)變?cè)龃?，彈性模量快速下降，之后在大?yīng)變下，彈性模量趨于穩(wěn)定，具有明顯的Payne效應(yīng)，說(shuō)明體系內(nèi)有大量白炭黑聚集體；與生產(chǎn)配方混煉膠相比，試驗(yàn)配方混煉膠的Payne效應(yīng)不明顯，可以推測(cè)白炭黑分散劑H60EF使白炭黑在NBR中得到良好分散，使白炭黑與橡膠的接觸面積增大，這與數(shù)碼顯微鏡的觀測(cè)結(jié)果一致。

3 結(jié)論

（1）白炭黑分散劑H60EF可以明顯改善白炭黑的分散性，提高硫化膠的抗撕裂性能、耐磨性能和耐屈撓性能。

（2）白炭黑分散劑H60EF可通過(guò)內(nèi)潤(rùn)滑和物理包覆減少白炭黑二次團(tuán)聚，降低膠料的門(mén)尼粘度，改善膠料加工性能。