论文部分内容阅读
天然橡胶(natural rubber,NR)是从天然植物中采集并经加工而得到的一种高弹性材料,因其具备优异的综合性能,被广泛应用于工业生产和科学研究。为了进一步提高天然橡胶制品的物理机械性能,同时降低其工业成本,通常要在胶料中加入填料。目前橡胶制品中使用最广泛的填料是炭黑。随着能源的日益紧张及石油价格的不断上涨,可以预见未来炭黑的稀缺性。因此,寻找新型无机填料代替炭黑填充及补强天然橡胶具有较强的实际应用价值。紫炭黑是海南省新近勘查发现的一种无机矿物质,可以尝试作为一种橡胶制品填料。本文采用传统混炼工艺,将紫炭黑和经过表面改性后的紫炭黑填充到天然橡胶基体中。系统的研究了紫炭黑的用量、硫化体系对紫炭黑/NR硫化胶的物理性能的影响；采用干法表面改性工艺对紫炭黑进行改性,探讨了改性剂的种类、用量对混炼胶的物理性能及其他有关性能的影响；并利用橡胶加工分析仪、扫描电镜、红外光谱、热稳定性能等测试手段对共混物体系的结构和性能进行了表征。结果表明：在所选择的传统硫化体系(CV)、半有效硫化体系(SEV)和有效硫化体系(EV)中,以传统硫化体系(CV)所得到的硫化胶的综合物理性能较好；紫炭黑的填充量的大小对天然橡胶的力学性能有很大的影响,当天然橡胶用量为100质量份,紫炭黑的用量为20质量份时,对天然橡胶的补强效果最佳；对比相同用量的绢云母、高岭土、陶土等通用无机矿物填料填充体系,紫炭黑/天然橡胶的物理力学性能较好。采用硅烷偶联剂Si69、KH550和KH570对紫炭黑进行改性。结果表明,改性剂的品种和用量影响到紫炭黑对天然橡胶的填充补强效果,经Si69改性的紫炭黑/NR硫化胶的物理力学性能最好,其次是KH550,再次是KH570；当Si69的用量为紫炭黑用量的8%时,所得改性紫炭黑/NR硫化胶的拉伸强度达到29.48MPa,撕裂强度达到32.14KN·m-1,与未填充的天然胶料相比分别提高了67.59%和55.10%。扫描电镜图片显示,经过改性的紫炭黑在天然橡胶基体中均匀分散,且与聚合物界面模糊,说明Si69有效改善了紫炭黑和天然橡胶基体之间的相容性。橡胶加工分析表明,随着应变的增加,紫炭黑NR混炼胶的Tan Delta逐渐增大,G＇和G＂则逐渐降低。当紫炭黑的用量为20份时,混炼胶的Tan Delta较小,G＇和G＂较大,说明紫炭黑粒子本身所形成的网络结构能够较好地与天然橡胶基体分子链自身的网络相结合,产生较大的界面作用力,从而使混炼胶的加工性能大大增强。对比改性前后紫炭黑对天然橡胶的补强填充效果,结果表明,改性紫炭黑比未改性紫炭黑对天然橡胶的填充补强效果好。填充20份紫炭黑时,改性紫炭黑/NR共混胶的拉伸强度和撕裂强度比未改性紫炭黑/NR共混胶分别提升22.58%和18.38%；；TG分析表明,紫炭黑和改性紫炭黑填充体系均有利于提高硫化胶的热稳定性,偶联剂Si69的加入能够改变紫炭黑的表面性质,减弱其间的相互作用,在热的作用下,破坏紫炭黑与天然橡胶分子链的结合,需要更加多的热量。