丁苯橡胶复合材料应用研究进展

鲁文平

（中国石化北京化工研究院燕山分院 橡塑新型材料合成国家工程研究中心，北京 102500）

丁苯橡胶（SBR）是以丁二烯和苯乙烯为单体，采用自由基引发的乳液聚合或阴离子溶液聚合工艺而得，是目前世界上产能和消费量较大的通用合成橡胶品种，广泛应用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医用橡胶制品等领域[1]。

随着橡胶工业的迅速发展，对橡胶材料性能提出了更高的要求。虽然SBR性能优异，用途广泛，但SBR是无自补强性的非结晶橡胶，纯胶硫化胶的拉伸性能较差，通常需要通过改性来改善性能、拓展其应用领域，其中SBR与白炭黑、石墨烯和短纤维等制备复合材料就是一种重要改性途径。

本文概述近年我国白炭黑、石墨烯、短纤维等与SBR制备的复合材料的应用研究进展，并提出发展建议。

1 白炭黑/SBR复合材料

解希铭等[2]从物理性能、动态压缩疲劳生热、动态力学性能等方面对比了分别由四氯化锡（SnCl4）和四氯化硅（SiCl4）偶联的溶聚丁苯橡胶（SSBR）与白炭黑所制备复合材料的性能，并利用测定结合橡胶含量、橡胶加工分析仪及Kraus模型等手段探讨了两种SSBR与白炭黑的相互作用。结果表明，与用SnCl4偶联制备的SSBR相比，经SiCl4偶联制得的SSBR与白炭黑的相互作用更强，白炭黑的分散性更好。SSBR/白炭黑复合材料的物理性能更好，压缩温升更低，滚动阻力更低，抗湿滑性能更好。

许体文等[3]采用丁吡橡胶（VP）改性白炭黑，研究了VP用量对白炭黑/SBR复合材料结构及性能的影响。结果表明：VP改性削弱了白炭黑表面自身的氢键作用，有利于填料在橡胶基体中的分散；适量VP有明显的促进硫化的作用；VP改性后复合材料的受限橡胶分子层数量减少，表现为弱化的橡胶-填料界面作用，从而导致复合材料的拉伸强度降低。

2 石墨烯/SBR复合材料

刘君[4]采用湿法工艺制备石墨烯/SBR母粒，并对其性能进行分析。结果表明，石墨烯用量较小时对SBR的性能有一定改善效果，并且在胶料性能的影响因素中石墨烯的用量和分散性发挥着很大作用。当石墨烯的用量在0.125份以下时，石墨烯在胶料中分散性良好，对胶料的耐磨性能有一定提升作用；随着石墨烯的用量增大，胶料的抗切割性能提高。

郑龙等[5]采用十八烷基胺对氧化石墨烯进行表面改性，用硼氢化钠对其进行还原，得到功能化石墨烯（ARG），再通过溶液复合法制备ARG/SSBR复合材料，对其性能进行研究。结果表明：ARG在SSBR基体中分散较为均匀；加入ARG的复合材料的物理性能明显提高；当ARG用量为3份时，复合材料达到了导电渗流阈值；当ARG用量为12份时，复合材料的导电性能最佳；随着ARG用量的增大，复合材料的介电常数增大。

朱健鹏等[6]开发出一种含石墨烯的充油SSBR复合材料的制备方法。将丁二烯、苯乙烯、正己烷、正丁基锂和四氢呋喃加入聚合釜中，经阴离子聚合反应得到SSBR胶液；将其闪蒸浓缩，脱除并回收溶剂，得到SSBR浓缩胶液；将石墨烯加入溶剂油中，充分搅拌，得到石墨烯和溶剂油的混合液，并对其进行超声处理；将超声后的石墨烯和溶剂油的混合液与终止剂、防老剂一并加入SSBR浓缩胶液中，充分搅拌后，经汽提、洗涤、脱水、干燥和成型处理，得到复合材料。该制备方法无需对原有充油SSBR生产线进行大幅改动，能够降低生产线改造成本，且石墨烯分散更均匀。

陈杨等[7]采用离子液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（AMIMCl）对氧化石墨烯进行改性，得到了离子液体改性氧化石墨烯（GO-IL）。通过乳液混合法制备了GO-IL/SBR复合材料，研究了GOIL/SBR硫化胶的热稳定性。结果表明：与未改性的氧化石墨烯相比，GO-IL能明显提高SBR硫化胶的热稳定性；当填料用量为5份时，GO-IL/SBR硫化胶的最大热失重温度和热降解活化能比氧化石墨烯/SBR硫化胶分别提高了4.0 ℃和17.35 kJ·mol-1。

3 短纤维/SBR复合材料

武鲜艳等[8]用聚丙烯腈短切碳纤维（CF）作为增强剂，用天然橡胶（NR）和SBR作为基相制备了CF/NR/SBR复合材料，研究了CF用量对复合材料性能的影响。结果表明，随着CF用量的增大，复合材料的拉伸强度降低，硬度和导热性能提高，撕裂强度先提高后降低，当CF用量为5份时撕裂强度最高。

王杰等[9]在SBR基体中分别加入少量尼龙短纤维和芳纶短纤维制备了复合材料，研究了短纤维分散性及短纤维对复合材料加工性能、物理性能和动态力学性能的影响。结果表明：短纤维用量为2份时，可以明显地改善复合材料的硬度、定伸应力、撕裂强度、动态储能模量和动态损耗性能等，芳纶短纤维的改性效果优于尼龙短纤维；短纤维长度增大（从1 mm增加到3 mm）有利于提高改善效果；与尼龙短纤维相比，芳纶短纤维的分散性较差，橡胶加工过程中初始模量增幅较大。

沈俊奇等[10]在SBR中添加了不同用量的尼龙66短纤维制成尼龙66/SBR复合材料，并对其物理性能和导热性能进行研究。结果表明，添加10份尼龙66短纤维的复合材料的100%定伸应力和撕裂强度增幅最大，添加4份尼龙66短纤维的复合材料导热系数增幅最大。

4 其他SBR复合材料

赵鹏飞等[11]利用二硫化钼（MoS2）和多壁碳纳米管（MWCNTs）在形貌和性能上的互补性，通过简单的机械共混制备了性能优异的SBR吸波复合材料。结果表明：MoS2和MWCNTs并用有助于促进两者在橡胶基体中的分散，形成更完善的电磁损耗网络；此外，双组分并用获得了更好的阻抗匹配和介电损耗，MoS2/MWCNTs/SBR复合材料的反射损耗（RL）达到37.07 dB，有效吸收频宽（RL＜-10 dB时）达2.08 GHz，均优于单组分填充的复合材料；填料的加入改善了SBR的物理性能，复合材料的拉伸强度提高10 MPa以上；与单一填充体系相比，填料对复合材料的物理性能影响不大，能满足常规结构件的承载需求。

李佳芮等[12]采用溶胶-凝胶法和冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶（GA）与白炭黑复合制得白炭黑/GA复合填料（s-GA），通过机械共混法制备s-GA/白炭黑/SBR复合材料，并对其性能进行研究。结果表明：在GA中填充白炭黑，可有效减少石墨烯片层的团聚，s-GA/白炭黑/SBR复合材料的t90缩短，抗湿滑性能提高；当s-GA中GA/白炭黑用量比为1/5时，s-GA/白炭黑/SBR复合材料的拉伸强度和拉断伸长率最大；随着s-GA中白炭黑用量的增大，s-GA/白炭黑/SBR复合材料的耐磨性能提高。

王国胜等[13]采用水溶液法制备了碱式氯化镁晶须，继而采用硅烷偶联剂对碱式氯化镁晶须进行改性，然后将其与SBR混炼得到改性碱式氯化镁晶须/SBR复合材料，研究了改性碱式氯化镁晶须对SBR物理性能与热学性能的影响。结果表明：加入改性碱式氯化镁晶须，可以改善SBR复合材料的物理性能和阻燃性能。

杨世诚等[14]将烧结法赤泥分别经硬脂酸、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和十二烷基苯磺酸钠湿法球磨改性后，与SBR进行熔融共混，制得改性赤泥/SBR复合材料，然后对改性赤泥和赤泥/SBR复合材料的性能进行研究。结果表明：球磨改性后的赤泥粒度减小，表面官能团含量发生变化。经偶联剂改性的赤泥，Si—O—C和Si—O—Si官能团含量增加，触角明显增大；改性赤泥在SBR复合材料中的分散性和相容性改善，硅烷偶联剂改性后的赤泥填充橡胶复合材料的拉伸强度和撕裂强度显著提高。

5 结语

SBR复合材料具有较好的物理性能、阻燃性能、抗湿滑性能、导热性能和较低的滚动阻力等，开发利用前景广阔。近年来，我国SBR生产能力稳步增长，但在应用方面，尤其是复合材料的应用研究方面还有很大的发展空间。除了白炭黑/SBR复合材料之外，其他复合材料的研究开发还处于实验室或者理论研究阶段，距离工业化应用还存在较大差距。今后应该进一步加强相关理论研究，为实际应用奠定理论基础；针对不同应用领域的需求，开发多品种的复合产品，满足不同的市场需求；通过对相关工艺的完善优化，不断降低生产成本，提高综合性能，进一步拓宽应用领域。