改性剂用量对紫炭黑填充天然橡胶/顺丁橡胶并用胶性能的影响

吴第祥，宾 健，赵艳芳*，陈勇金

（1.海南省先进天然橡胶复合材料工程研究中心有限公司，海南 澄迈 570125；2.海南大学材料与化工学院，海南 海口 570228）

天然橡胶（NR）因具有优异的加工性能和物理性能而应用广泛[1]。顺丁橡胶（BR）的弹性和耐磨性能好，生热和玻璃化温度低，适用于制备轮胎和耐寒橡胶制品。但BR加工性能、粘合性能、抗湿滑性能和抗撕裂性能不佳，一般不单独使用[2]。BR与NR并用，可以降低橡胶制品的价格并提高其性能[3]。

炭黑是重要的橡胶补强填料，但其原料石油和天然气为不可再生资源，寻找可替代炭黑的新型补强材料成为近年来研究的热点。紫炭黑是海南省近年发现的一种新型无机矿物质，具有优异的耐热性能和半补强性能，可降低胶料的生热，提高弹性、耐疲劳性能、耐老化性能和耐油性能等[4]。但与炭黑相比，紫炭黑对橡胶的补强性能仍有一定差距。

改性剂（间苯二酚/六次亚甲基四胺共混物）的含氮基团可与紫炭黑表面的羟基发生化学反应生成氢键，从而改善橡胶与紫炭黑的润湿性，并加强橡胶-紫炭黑界面的相互作用，增强紫炭黑对胶料的补强性能，从而提高胶料的物理性能[5]。

本工作研究改性剂用量对紫炭黑填充NR/BR并用胶性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，牌号SCR WF，海南天然橡胶产业集团股份有限公司产品；BR，牌号9000，福建省福橡化工有限责任公司产品；紫炭黑（理化性能见表1），粒径为0.01 mm，佛山绿能科技有限公司产品；间苯二酚，分析纯，广州市化学试剂厂产品；六次亚甲基四胺，分析纯，天津市福晨化学实验厂产品。

表1 紫炭黑的理化性能

1.2 试验设备与仪器

JTC-751型开炼机，呼和浩特新生联合机械制造厂产品；QLB-D350×350×2型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；MDR-2000E型硫化仪和WX-76型阿克隆磨耗机，无锡蠡园电子化工设备厂产品；XL-50A型拉力试验机，广州市广材实验仪器有限公司产品；Q600型热重（TG）分析仪，美国TA仪器公司产品；S-3000N型扫描电子显微镜（SEM），日本日立公司产品。

1.3 试验配方

NR，75；BR，25；紫炭黑，30；氧化锌，4；硬脂酸，3；增塑剂DBP，4；石蜡，1；防老剂D，1；防老剂4010NA，1.5；防老剂4010NA，1.2；促进剂CZ，0.9；硫黄，1.2；改性剂[间苯二酚/六次亚甲基四胺（质量比1/0.7）共混物]，变量。

1.4 胶料制备

胶料混炼在开炼机上进行。加料顺序为：NR和BR→石蜡和硬脂酸→氧化锌、促进剂CZ、改性剂、防老剂D和防老剂4010NA→紫炭黑→增塑剂DBP→硫黄→混炼均匀→薄通→卷取→下片。

1.5 性能测试

硫化胶热稳定性采用TG分析仪进行测试，试验条件为：气氛 空气，升温速率 10 ℃·min－1，温度 30～500 ℃。

硫化胶断面结构用SEM观察。将试样拉伸断面进行喷金处理，观察紫炭黑在胶料中的分散情况[6]。

胶料其他性能测试按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 改性剂用量对胶料物理性能的影响

改性剂用量对紫炭黑填充NR/BR并用胶物理性能的影响见表2。

从表2可以看出：随着改性剂用量增大，胶料t10和t90先延长后缩短，Fmax先减小后增大，Fmax－FL略微增大，表明交联密度增大；硬度、300%定伸应力、500%定伸应力提高，拉伸强度、撕裂强度先下降后提高，拉断伸长率减小，拉断永久变形变化不大，阿克隆磨耗量先增大后减小[7]，热老化后的硬度、拉伸强度和拉断伸长率变化不大。总的来看，当改性剂/紫炭黑用量比为4%时，胶料的物理性能较好。

2.2 TG分析

胶料的TG曲线见图1。通过双切线法求得胶料的初始降解温度（θ0）、最大降解速率温度（θp）和终止降解温度（θf），各热降解特征参数见表3。

图1 紫炭黑填充NR/BR并用胶的TG曲线

表3 紫炭黑填充NR/BR并用胶的热降解特征参数

从图1和表3可以看出，与1#配方胶料相比，2#配方和3#配方胶料的θ0和θp较高，θf较低，说明2#配方和3#配方胶料的热稳定性优于1#配方胶料，添加改性剂能在一定程度上改善胶料的热稳定性。

2.3 胶料的SEM照片

胶料的SEM照片如图2所示。

图2 紫炭黑填充NR/BR并用胶的SEM照片（放大5000倍）

从图2可以看出：与1#配方胶料相比，2#配方和3#配方胶料断面模糊，呈层状结构，说明添加改性剂后紫炭黑与橡胶相容良好，紫炭黑与橡胶的界面作用增强，对胶料的补强性能提高。

3 结论

（1）随着改性剂用量增大，胶料的硬度和定伸应力提高，拉伸强度、撕裂强度先下降后提高，阿克隆磨耗量先增大后减小。当改性剂/紫炭黑用量比为4%时，胶料的物理性能较好。

（2）添加改性剂后紫炭黑能在一定程度上改善胶料的热稳定性。

（3）添加改性剂后紫炭黑与胶料相容良好。