偶联剂对凹凸棒土/三元乙丙橡胶复合材料性能的影响

王国志，刘晓蕾，姚 亮，宋帅帅，季佳佳

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

凹凸棒土（AT）简称凹凸土，是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的粘土，其化学分子式为Mg5Si8O20（OH）2（OH2）4·4H2O，我国1979年首次发现AT。AT的最小结构单元是直径20～40 nm、长500～5000 nm的纳米单晶，单晶平行排列形成晶束，晶束相互聚集形成聚集体。从结构上看，AT是高分子材料的理想补强剂。相对于炭黑和白炭黑等传统填料，AT储量丰富，价格低廉，市场发展前景良好。但是作为无机纳米填料，AT在聚合物基体中很难分散，且界面结合力差，易发生相分离。若对其表面进行有机化改性，可以改善其在高分子材料中的相容性、分散性和亲和性，并得到综合性能优异的纳米复合材料[1-3]。

近20年来，乙丙橡胶已成为七大合成橡胶中发展最快的品种，其年消耗量仅次于丁苯橡胶、顺丁橡胶而成为第三大合成橡胶。与一般合成橡胶相比，三元乙丙橡胶（EPDM）牌号繁多，加工技术复杂，填料直接影响EPDM胶料的性能和成本[4-5]。研究表明[6]，AT/EPDM复合材料的物理性能优于轻质碳酸钙（或陶土或炭黑）/EPDM复合材料。AT/EPDM复合材料具有各向异性，表现出纤维增强橡胶的明显特征，应用前景广阔[7-10]。

本工作研究偶联剂品种和用量对AT/EPDM复合材料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM，牌号4045，中国石油吉林石化公司产品；AT，江苏玖川纳米材料科技有限公司产品；氧化锌，河南省固始县鹏鑫锌化有限公司产品；促进剂DM，TMTD和TS，中国石化南京化学工业有限公司产品；硫黄，浙江黄岩浙东橡胶助剂有限公司产品；石蜡油，兰州市西固城有限公司产品；松香，濮阳市光璞石化有限责任公司产品。

1.2 主要设备与仪器

XK-160型开炼机、QLB-50D/Q型平板硫化机和660-1型单刀式切胶机，无锡市第一橡塑机械厂产品；GT-M2000-A型无转子硫化仪和GT-7080-S2型门尼粘度试验机，高铁检测仪器有限公司产品；DL-2500N型电子式拉力试验机，江都市新真威试验机械有限责任公司产品。

1.3 试验配方

试验配方见表1。

表1 试验配方 份

1.4 复合材料制备

将AT在100 ℃下干燥5 h。开炼机辊距调至最小，辊温控制在60～70 ℃，加入EPDM塑炼至包辊，加入小料和AT混炼均匀，再加入促进剂和硫黄混炼均匀，薄通后下片，停放，硫化。

1.5 性能测试

胶料性能测试按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 偶联剂品种对AT/EPDM复合材料性能的影响

偶联剂品种对AT/EPDM复合材料性能的影响见表2。从表2可以看出，与未添加偶联剂的1#配方胶料相比，添加偶联剂的2#～6#配方胶料MH增大，t10延长，老化前后的硬度、定伸应力、拉伸强度明显增大，撕裂强度大幅提高，这是由于经偶联剂改性后，AT比表面积增大，AT与橡胶基体间的作用增强，与橡胶的相容性提高。还可以看出，在添加偶联剂的2#～6#配方胶料中，添加偶联剂Si69的6#配方胶料硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度均较大，耐热老化性能较好，这可能是发生了二次硫化所致。总的来看，添加偶联剂Si69的AT/EPDM复合材料性能较好。

表2 偶联剂品种对AT/EPDM复合材料性能的影响

2.2 AT用量对AT/EPDM复合材料性能的影响

AT用量对AT/EPDM复合材料性能的影响见表3。从表3可以看出：随着AT用量增大，胶料的ML和MH基本呈增大趋势，t10和t90基本呈延长趋势，老化前后硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度明显增大；AT用量达到50份以上时，胶料的定伸应力、拉伸强度和撕裂强度虽仍然增大，但增幅降低，拉断伸长率有所减小，这可能是由于AT用量增大到一定程度，其聚集成网络结构，会阻滞高分子链段的运动。综合来看，偶联剂Si69用量为1份时，AT用量为50份较适宜。

表3 AT用量对AT/EPDM复合材料性能的影响

3 结论

（1）与未添加偶联剂的AT/EPDM复合材料相比，添加偶联剂的AT/EPDM复合材料性能明显提高。

（2）在采用几种常用偶联剂的AT/EPDM复合材料中，添加偶联剂Si69的复合材料性能较好。

（3）偶联剂Si69用量为1份时，AT用量为50份的AT/EPDM复合材料性能较好。

我国AT储量丰富，但是由于发现较晚，开发利用水平较低，以致于这种经济意义重大的矿藏还只限于用作一般填料，甚至以原土形式廉价地出口，造成资源浪费，采用改性等深加工方式生产高附加值的产品将是我国AT的发展方向。