新型填料QC在天然橡胶中的应用

张　馨，刘巨源，李晓光，梁　松(徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏 徐州 221140)

新型填料QC在天然橡胶中的应用

Application of new fillers QC in natural rubber

张馨，刘巨源，李晓光，梁松
(徐州工业职业技术学院材料工程系，江苏 徐州 221140)

实验研究了新型填料QC作为补强填充剂在NR中的应用效果∶与通用补强填充剂轻质碳酸钙、凹凸棒土063、凹凸棒土002、白炭黑和炭黑进行了应用对比。结果表明，不同品种的补强填充剂在NR胶料应用中，QC的补强效果优于轻质碳酸钙、凹凸棒土（063、002），低于白炭黑和炭黑，因此，QC具有一定的补强性；随着QC用量的增加，硫化胶的硬度、定伸强度逐步增大，而拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率先增大后减少，综合考虑，QC在NR胶料中的适宜用量为60～80份。

新型填料QC；NR；性能

QC是废旧硅橡胶制品经高温化学裂解提取硅油后剩下的粉末经过40目筛网筛选得到的，其主要成分是二氧化硅，质量分数在0.90以上，DBP吸油值为1.5～3 ml/g，pH值为4。

为进一步减少环境污染，实现资源可循环利用，同时提高经济效益，降低生产成本，本次实验研究新型填料QC，作为补强填充剂在NR中与轻质碳酸钙、凹凸棒土（063、002），白炭黑和炭黑进行对比的应用效果。

固体废弃物的排放与噪声污染、水污染和大气污染一并称为四大污染。针对当前生产过程中大量废硅橡胶裂解残渣不断堆积、没有进行有效处理造成污染这一发展现状。本文从实验的角度来考察QC在天然橡胶中的补强填充性能，选用不同的配比方案研究QC在天然壕胶中的适宜配比。实验目的是实现资源可循环利用，同时提高经济效益，降低生产成本。

1　实验

1.1主要原材料

NR，牌号SCR5，海南农恳总公司产品；QC，常州伟业材料有限公司提供；凹凸棒土，江苏玖川纳米材料科技有限公司产品；轻质碳酸钙，徐州陶瓷有限公司产品；沉淀法白炭黑，濮阳市光璞石化有限责任公司产品；炭黑N660， 山西飞鹰化工有限公司产品。

1.2配方

试验配方见表1、表2。

1.3主要设备与仪器

X(S)K-160型开炼机、QLB-350×350×2平板硫化机，无锡第一橡塑机械设备厂；GTM2000-A型无转子硫化仪、GT-AI-7000-GD高低温拉力试验机，高铁科技股份有限公司。

表1　填料品种不同试验配方

表2　QC变量试验配方

1.4胶料的准备及试样制备

1.4.1胶料制备工艺流程

烘胶—切胶—破胶—配料—塑炼—混炼—冷却—停放。

胶料混炼时按试验配方将塑炼胶与氧化锌、硬脂酸、促进剂和防老剂在开炼机上混炼制成母炼胶，再加入相应补强填充剂和硫磺混炼均匀，得到混炼胶。

1.4.2试样制备步骤

混炼胶经停放后用硫化仪测定胶料的硫化曲线，根据硫化曲线确定硫化时间，再于平板硫化机上硫化得到相应试样。

1.5性能测试

硫化特性按GB/T 9869—1997测定，邵尔A型硬度按GB/T 531—1999测定，拉伸性能按GB/T 528—1998测定，热空气老化性能按GB/ T3512—2001测定。

2　结果与讨论

2.1硫化性能

不同填料填充NR胶料的硫化曲线见表3，不同份数QC在NR胶料中的硫化曲线见表4。

从表3中可以看出，QC的焦烧时间较长，正硫化时间与白炭黑接近，最大硫化转矩较低。

另外，从表4中得出，随着QC用量的增加，胶料的MH逐步提升，表征出胶料的硬度会逐步增加；胶料的ML逐步提升，表征出胶料的流动性会逐步降低。随着QC用量的增加，胶料的T10、T90逐步延长，说明QC有延迟硫化的特性，这和前期的其pH值为4的测定是相吻合的。

2.2不同补强填充剂的物理机械性能

不同填料填充NR胶料物理性能的影响见表5。

从表5中可以看出，QC硫化胶的老化前后硬度仅高于轻质碳酸钙，明显低于白炭黑、炭黑、凹凸棒土063、002，表明QC的增硬性差。

表3　补强填充剂品种对NR胶料硫化特性的影响

表4　不同份数QC对硫化特性的影响

由于NR具有良好的综合性能，其分子结构规整性好，外力作用下可以发生结晶，为结晶橡胶，具有自补强性。因此几种补强填充剂的补强效果与自身的结构性有关。从表5中看出，QC的硫化胶的拉伸强度高于轻质碳酸钙、凹凸棒土063、002，低于白炭黑、炭黑； QC硫化胶老化前后的扯断伸长率最大，明显优于其他几种补强剂。老化后的炭黑、凹凸棒土063、凹凸棒土002的定伸应力达不到300%；QC的撕裂强度仅比白炭黑低。

表5　补强填充剂品种对NR硫化胶物理性能的影响

2.3QC用量对NR胶料的影响

不同份数QC用量对NR硫化胶物理性能的影响见表6。

表6　QC用量对NR硫化胶物理性能的影响

从表6看出，随着QC的用量增加，QC硫化胶的硬度、300%定伸应力增大；而老化后这两项性能指标都出现不同程度的下降。拉伸强度、撕裂强度和扯断伸长率都是先增大后减小，老化后的性能也有相同的趋势。

综合考虑，QC在NR中的适宜用量为60～80份。

2.4工艺特性

QC是废旧硅橡胶经高温裂解后的副产物，内部结构和粒径不如白炭黑、炭黑、凹凸棒土063、002和轻质碳酸钙均匀，粉料的密度较轻，QC粒径小，加料时易飞扬，不易被胶料湿润，吃粉时间较长，容易出现粘辊现象。可以通过采用加入软化剂的方法改善其混炼工艺性能。与炭黑和白炭黑相比，QC混炼胶的流动性和黏性较差，可在配方中添加一定量的分散剂，以提高工艺性能和物理机械性能。

3　结论

（1）对于不同品种的补强填充剂在NR胶料中的补强填充效果，QC优于轻质碳酸钙、凹凸棒土063、002，低于白炭黑和炭黑。

（2）随着QC用量的增大，老化前后NR硫化胶的邵尔A型硬度、300%定伸应力增大，拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率先增大后减小。所以，QC在NR中的适宜用量为60～80份。

（3）从QC硫化胶的硫化特性可以表征出QC有迟延硫化的特性，使用QC时应加大活性剂的用量。

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（XS-06）

TQ330.383TQ332.5

1009-797X(2015)05-0018-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.05.003

张馨（1967-），男，讲师，主要从事橡胶配方及加工工艺教学、科研工作。

2014-05-08