丁苯复合橡胶的制备及性能测试

孙国双，谭鑫

(1.茂县土门中学，四川 茂县 623200；2.西昌学院，四川 会理 615100)

0 引言

目前民用橡胶常见种类为：天然橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶及顺丁橡胶。由于构成橡胶的分子结构不同使其具有不同性能，其中丁苯橡胶由于综合性能较为优异且生产成本低，近年来的需求量逐渐上升，被广泛用于制造各类橡胶制品，例如轮胎、胶带、电线电缆等[1]。但是，由于丁苯橡胶由丁二烯和苯乙烯共聚而成，其具有较多的反式结构，侧基上带有苯环，因而有较高的滞后损失率、发热量较高、弹性较低、耐寒性较差、粘附性差、抗撕裂性差、裂纹扩展速度快等不足[2-5]。因而用丁苯橡胶制备橡胶制品时，其综合性能很难得到全部满足，这也导致它的使用范围在一定程度上受到了限制。本文通过将丁苯橡胶与其他橡胶复配，以此改善丁苯橡胶的综合性能，对丁苯橡胶能被应用于更广泛的行业和领域具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

试验材料如表1所示。

表1 试验材料

试验仪器如表2所示。

表2 试验仪器

1.2 试验设计

制备4种复配丁苯橡胶样品，分别将天然橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、再生橡胶与丁苯橡胶以90:210的比例混合制备橡胶样品，将混合后的生胶放入开炼机进行塑炼，待胶料完全包辊后，依次加入各种配合剂，每种配合剂加入时间间隔1 min，然后薄通，三包两卷，最后下片。

将混炼后的胶料放置一段时间，然后裁剪成11 cm×14 cm的规格放入模具中，进行硫化。硫化条件：压力8 MPa、温度152 ℃、时间分别为30 min，将硫化后的胶料放置12 h待用。

1.3 测定指标与方法

门尼黏度：参照GB/T 1232.1—2016，用江都开源机械厂生产的KY60004型门尼黏度仪进行测定，温度设为100 ℃，时间5 min。

硬度：依据GB/T 531.1—2008，用江都开源机械厂生产的KYLX-A硬度计进行测试。

拉伸、撕裂性能：依据GB/T 528—2009，在电子万能实验机上进行测试，速度为500mm/min。

耐磨耗性能测试：用阿克隆磨耗机测试，依据的标准为GB/T 1689，每次3个试样。

热重分析：使用DTG-60 差热-热重分析仪进行测量，测量条件：静态空气氛围，温度范围30～700 ℃，升温速率10 ℃/min，以空坩埚作参比物。

2 结果与分析

2.1 复配丁苯橡胶的性能分析

橡胶产品在实际使用的过程中内部往往会受热并与空气中的氧气接触，这就导致橡胶产品很容易受到热氧的破坏，会加速制品的老化，进而会严重地影响橡胶制品的使用寿命，这在很大程度上就缩减了橡胶所能被应用到的行业和领域。为了提高丁苯橡胶的性能和扩大其使用范围，文章主要研究丁苯橡胶中复合不同种类的橡胶，并通过加入基础的促进剂、氧化剂、硫化剂和碳黑等制备4种复配丁苯橡胶样品，进行性能对比分析，然后再进一步探究防老剂和增塑剂对丁苯橡胶和4种复配丁苯橡胶的物理性能、可加工性等性能的影响(如表3所示)。

表3 试验配方

2.1.1 对门尼黏度的影响

在评价橡胶的性能时，门尼黏度通常被作为重要的指标，生橡胶或混炼胶的流动性和可加工性可以直接由门尼黏度值的大小体现出来。橡胶材料的门尼黏度值越高，各种配合剂在混炼阶段要均匀混合就越困难，其可塑性和流动性就越小，后期的各种成型加工也就越困难。随着门尼黏度值的降低，其可塑性和流动性将相应增加，变得易加工，但并不是越低越好，太低会反而会造成胶料易粘辊，成型差。

从表4可以看出在丁苯橡胶中加入其他橡胶经过混炼后，制备出的复配橡胶的门尼黏度值相对于纯丁苯橡胶的门尼黏度值降低了，表明这4种复配丁苯橡胶的可加工性都优于纯丁苯橡胶的可加工性，其中加入再生橡胶和硅橡胶制备的复配橡胶的可加工性表现相对优异，加入天然橡胶制备出的复配橡胶的可加工性表现次之。

表4 门尼黏度值

2.1.2 对物理性能的影响

丁苯橡胶和4种复配丁苯橡胶的物理性能如表5所示。可以看出，分别将天然橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、再生橡胶加入到丁苯橡胶中制备出的4种复配橡胶，各项性能都发生了变化， 加入天然橡胶制备的复配橡胶物理性能提升最明显，加入硅橡胶制备的复配橡胶的物理性能出现了明显的下降。经分析认为，在丁苯橡胶中加入不同种类的橡胶混合硫化，对增加橡胶内部交联键的数量，提高交联密度有一定积极作用，具体表现是交联网络结构变得更加紧凑，柔韧性降低，从而硬度增加。同时，由于交联密度的增加，导致交联点之间的平均链长度变短，与之前相比，分子链承受的外力就呈现均匀分布，橡胶的拉伸强度、撕裂强度也因此得到提高。但加入硅橡胶制备的复配橡胶由于硅橡胶和丁苯橡胶本身的特性，两种橡胶不能很好地共混，可能出现未完全硫化的情况，所以反而导致物理性能下降。

表5 丁苯橡胶和四种复配橡胶的物理性能

2.1.3 对耐磨耗性能的影响

磨损是指试样在实验室或正常使用条件下，由于磨损而改变其重量或尺寸的过程。耐磨性是橡胶产品的一个重要指标，它用于表征硫化橡胶抵抗摩擦导致材料表面损伤的能力。从表6中我们可以看出，在丁苯橡胶中加入硅橡胶和再生橡胶制备的复配橡胶的磨耗量相对于纯丁苯橡胶的增加了，耐磨耗性能相应就变差了。丁苯橡胶中复合天然橡胶和丁腈橡胶制备的复配橡胶，其耐磨耗性能相对于纯丁苯橡胶的有提升，加入天然橡胶制备的复配橡胶具有最佳的耐磨耗性能。

表6 丁苯橡胶和四种复配橡胶的耐磨耗性能

2.1.4 对耐热性能的影响

研究各种材料的受热分解过程和评价材料的热稳定性时，通常采用热重分析的方法。通过热重分析，可以知道物质的热降解起始温度、最大速率分解温度、热降解终止温度以及总的热失重率，并了解到各种材料随温度的变化过程，从而评估其耐热性。表7丁苯橡胶和4种复配橡胶在空气气氛下的热失重数据，从中可以看出丁苯橡胶和4种复配橡胶的热分解起始温度和热分解终止温度都存在一些差异。分析认为，不同种类的橡胶由于本身的特性就具有不同的耐热特性，再将不同种类的橡胶混合在一起，会使橡胶的大分子链发生变化，综合作用下复配橡胶的耐热性能会发生变化，其中在丁苯橡胶中加入丁腈橡胶制备的复配橡胶在耐热性能表现上相对优异一点。

表7 空气氛下丁苯橡胶和四种复配橡胶的热失重数据

3 结语

丁苯橡胶中加入其他的橡胶制备的复配橡胶，各项性能如硬度、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、耐磨耗性能、可加工性等都会得到改善提高，其中在丁苯橡胶中添加天然橡胶对丁苯橡胶性能改善效果最佳，拉伸强度提高了12%，硬度增加了11%，撕裂强度提高了23%，断裂伸长率提高了24%。