电子放大镜和扫描电子显微镜评价不溶性硫黄的分散性能

张丽丽，刘自光，周 兵，花曙太，罗洪罡

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 烟台 265400）

不溶性硫黄（IS）是由大量硫原子聚合而成的线形高分子聚合物，为硫的均聚物，呈无定形结构，不溶于二硫化碳，也不溶于橡胶。用IS硫化的胶料不易喷霜，不易焦烧，硫化均匀，硫化速度快，与钢丝的粘合性能好，IS已成为子午线轮胎的专用硫化剂[1]。

由于IS不溶于橡胶，因此在胶料中分散困难。如果IS在胶料中分散不好，会造成胶料与钢丝粘合性能下降，甚至发生带束层胶早期脱层等问题，严重影响轮胎性能。热稳定性和分散性能是IS的重要评价指标。目前仅根据IS的热稳定性很难评价IS在胶料中的应用性能，必须结合IS在胶料中的分散性能来衡量IS质量优劣[2-3]。目前我国生产的IS性能已经不亚于国外产品，但是IS还没有国家标准，HG/T 2525—2011《橡胶用不溶性硫黄》中未规定IS分散性能的检测方法，从而影响了我国IS的鉴别和应用。

目前橡胶行业评价IS分散性能的方法主要有直接观察法、流变仪曲线叠加法、密度法和电子显微镜法等，每种方法各有利弊。本工作用电子放大镜和扫描电子显微镜（SEM）分别观察4个厂家的IS和IS混炼胶断面，评价IS在胶料中的分散性能。

1 实验

1.1 原材料

顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化齐鲁石化分公司产品；IS，牌号HD OT20，A，B，C和D 4个厂家产品；白炭黑，牌号1165MP，罗地亚（青岛）有限公司产品；二氧化钛，济南裕兴化工有限责任公司产品；氧化锌，青岛海燕化工有限公司产品；硬脂酸，邹平鲁苑有限公司产品；促进剂CZ，科迈化工股份有限公司产品。

1.2 配方

BR 100，白炭黑 20，二氧化钛 15，氧化锌 5，硬脂酸 2，IS 7，促进剂CZ 2。

1.3 主要设备与仪器

XLB160型开炼机，烟台化工机械厂产品；B8008型电子放大镜，深圳超眼科技有限公司产品；EVO MA15型SEM，德国卡尔·蔡司公司产品；MS2000型激光粒度分析仪，英国马尔文仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

2 结果与讨论

2.1 IS形貌和粒径

IS的SEM照片见图1。从图1可以看出：A和B厂家IS呈微球形，C和D厂家IS呈不规则形；A厂家IS粒径在2～6 μm之间；B厂家IS粒径在8～40 μm之间；C厂家IS粒径不均匀，小的小于10 μm，大的大于90 μm；D厂家IS粒径在30～50 μm之间。4个厂家IS粒径差异主要是生产方式不同所致。

图1 IS的SEM照片

2.2 IS粒径分布

用乙醇作为分散剂，用激光粒度分析仪分析IS粒径分布，结果如表1所示。从表1可以看出：A厂家IS小粒子体积分数最大，B和D厂家IS次之，C厂家IS最小。结合D（0.5）来看，A厂家IS的粒径最小，C厂家IS最大。

表1 IS粒径分布

2.3 IS混炼胶断面

IS混炼胶断面的电子放大镜（放大30倍）照片见图2。从图2可以看出：A厂家IS混炼胶断面的IS粒子很少，B，C和D厂家IS混炼胶断面的IS粒子较多，说明A厂家IS与橡胶的相容性较好。4个混炼胶断面中IS粒子从少到多顺序为：A厂家IS混炼胶断面，B厂家IS混炼胶断面，D厂家IS混炼胶断面，C厂家IS混炼胶断面。

图2 IS混炼胶断面的电子放大镜照片

IS混炼胶断面的SEM照片见图3（每种胶料两个平行试片）。从图3可以看出：A厂家IS混炼胶中IS的粒径小于6 μm，且与橡胶相容性好；B厂家IS混炼胶中大部分IS粒径为30～50 μm，少部分IS粒径较大，甚至大于90 μm，IS粒径不均匀导致其在胶料中分散不均匀，从而影响胶料的性能；C厂家IS以不规则形分散在胶料中，说明其与橡胶的相容性不好，且粒径不均匀（最小20 μm，最大200 μm），严重影响IS在胶料中的分散性能，从而影响胶料的性能；D厂家IS也以不规则形分散在胶料中，其粒径为20～50 μm。总的来看，4种IS混炼胶的IS分散性能从优到劣顺序为：A厂家IS混炼胶，B厂家IS混炼胶，D厂家IS混炼胶，C厂家IS混炼胶。

图3 IS混炼胶断面的SEM照片

3 结论

（1）生产方式不同会造成IS形貌和粒径的差异。A和B厂家IS呈微球形，粒径较小；C和D厂家IS呈不规则形，粒径较大。IS粒子形貌越规则，越有利于其在胶料中的分散。

（2）从粒径分布来看，A厂家IS的小粒子体积分数大，粒径小；C厂家IS的小粒子体积分数小，粒径大。

（3）从IS混炼胶断面来看，A厂家IS与橡胶的相容性好，在胶料中的分散性能也好；C和D厂家IS与橡胶的相容性差，在胶料中的分散性能也差。说明IS形貌和粒径与其在胶料中的分散性能直接相关。

在测试胶料硫化特性和物理性能前，用电子放大镜和SEM分别观察IS和IS混炼胶断面，可以评价IS在胶料中的分散性能。该方法快捷、直观，为IS分散性能评价方法的研究提供了思路。