硼泥炭黑NR、CR復(fù)合材料的制備與性能研究

張世鑫

摘 要：以少量硼泥替代炭黑，制備硼泥/炭黑/NR、CR復(fù)合材料，并對其性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：硼泥對天然橡膠/氯丁橡膠二元膠具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用。硼泥做填充料使天然橡膠/氯丁橡膠二元膠有較好的耐油性能、較好的阻燃性、較好的硬度。用掃描電子顯微鏡對硼泥/氯丁橡膠（CR）天然橡膠（NR）樣品進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)分析表明硼泥與CRNR二元膠界面相容性較好。

關(guān)鍵詞：硼泥 天然橡膠 氯丁橡膠 復(fù)合材料

中圖分類號：TQ336.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0062-02

硼泥是以硼礦石為原料，生產(chǎn)硼砂以及硼酸等硼化工產(chǎn)品剩余的固體廢棄物。硼砂生產(chǎn)早期主要采用硼鎂石礦做原料（B2O3 7%～20%，MgO30%～40%，SiO215%～25%，F(xiàn)eO3%～5%，少量的CaO和Al2O3），采用碳堿法生產(chǎn)硼砂，每生產(chǎn)1噸硼砂大約產(chǎn)生4噸左右的硼泥（B2O31.5%～3.0%，MgO30%～40%，SiO2 20%～25%，Na2O0.1%～0.5%，F(xiàn)e2O33%-5%，少量的CaO和Al2O3），pH值8～9，粒度（200目）[1]。硼泥未經(jīng)過任何環(huán)保技術(shù)處理，且又是露天排放，因此已造成硼化物生產(chǎn)區(qū)的嚴(yán)重環(huán)境污染。所以無論從環(huán)境保護(hù)還是資源利用的角度看，對硼泥進(jìn)行有效的綜合利用研究都是非常必要和迫切的。

硼泥平均粒徑為15 μm左右，小于14 μm的占90%，與輕質(zhì)碳酸鈣的平均粒徑相當(dāng)。硼泥表面是多孔穴的假山石結(jié)構(gòu)，是一種具有良好補(bǔ)強(qiáng)作用的填充劑[2-3]。

1 實(shí)驗

1.1 主要原材料

如表1所示。

1.2 基本配方

如表2所示。

1.3 主要設(shè)備與儀器

本實(shí)驗主要設(shè)備與儀器如表3所示。

1.4 試樣制備

實(shí)驗用改性橡膠樣條的制備。

1.4.1 原料準(zhǔn)備

取適量硼泥過篩后，放入烘箱中烘干，溫度設(shè)為80 ℃，烘干實(shí)驗持續(xù)24 h。分別取硼泥0份、10份、15份、20份、25份、30份，割NR為25份和取CR為75份。接下來按表2的配方進(jìn)行手工稱料。

1.4.2 煉膠實(shí)驗

將原料按順序投入開煉機(jī)中，混煉25～30 min。

1.4.3 壓片實(shí)驗

將上述片剪碎放入模具中，在平板硫化機(jī)上進(jìn)行壓片。溫度設(shè)為150 ℃，10 MPa壓力熱壓12 min左右，取出后自然冷卻，脫模。

1.5 測試分析

1.5.1 硬度性能測試

硬度性能測試按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》進(jìn)行硬度試驗。

1.5.2 拉伸性能測試

拉伸性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》進(jìn)行拉伸強(qiáng)度試驗。

1.5.3 耐油性能測試

耐油性能測試按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1690-2006《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》進(jìn)行耐油試驗。

1.5.4 阻燃性能測試

阻燃性能測試按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10707-2008《橡膠的燃燒性能（氧指數(shù)法）》進(jìn)行氧指數(shù)試驗。

1.5.5 結(jié)構(gòu)表征

先將硼泥填充高分子材料試樣分別做拉伸試驗，拉伸后的斷面在抽真空的條件下進(jìn)行SEM分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 硼泥填充CR/NR二元膠的拉伸性能

從圖1可以看出隨硼泥質(zhì)量份數(shù)的增加抗拉強(qiáng)度也不斷增加。當(dāng)硼泥質(zhì)量份數(shù)達(dá)到15份時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，之后再加入硼泥抗拉強(qiáng)度不斷降低。硼泥15份時，分散性、相容性達(dá)到最好，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值。之后隨硼泥份數(shù)增加，分散性、相容性變差。硼泥作用作用無機(jī)粒子，在拉伸時與二元膠基體脫黏，產(chǎn)生空洞，進(jìn)而產(chǎn)生應(yīng)力集中，拉伸強(qiáng)度變低。因此，加入適量的硼泥對CR/NR二元膠有補(bǔ)強(qiáng)作用。

2.2 硼泥填充CR/NR二元膠的耐油性能

從表4中可以看出隨硼泥質(zhì)量份數(shù)的增加耐油系數(shù)也不斷增加。當(dāng)硼泥質(zhì)量份數(shù)達(dá)到20份時，耐油系數(shù)達(dá)到最大值，耐油性能最好。硼泥為25份時硼泥耐油性能略有降低，當(dāng)硼泥質(zhì)量份數(shù)為30份時，由于分散性、相容性極差，耐油系數(shù)最低。耐油性能最差。因此，適量的硼泥加入對CR/NR二元膠有耐油作用。

2.3 硼泥填充CR/NR二元膠的氧指數(shù)

從圖2中可以看出隨硼泥質(zhì)量份數(shù)的增加氧濃度也不斷增加。當(dāng)硼泥份數(shù)達(dá)到15份時，氧濃度達(dá)到最大值，阻燃性能最好。之后隨硼泥質(zhì)量份數(shù)增加，氧指數(shù)不斷降低。硼泥是多組分的無機(jī)物，氯丁橡膠是鹵素阻燃高分子。因此，適量硼泥的加入對CR/NR二元膠有一定的阻燃作用。

2.4 硼泥填充量對CR/NR二元膠硬度的影響

從圖3中可以看出隨硼泥份數(shù)的增加硬度不斷增加。因為硼泥所含的無機(jī)粒子硬度大，所以硼泥的加入能增強(qiáng)CR/NR二元膠的硬度。

2.5 形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

本實(shí)驗對硼泥填充CR/NR二元膠試樣的拉伸斷裂面進(jìn)行了掃描電鏡分析實(shí)驗。實(shí)驗結(jié)果見圖4、圖5所示。

圖4、圖5為硼泥填充CR/NR二元膠試樣拉伸后斷面的SEM圖像，從圖中可以清楚地看到，存在海島結(jié)構(gòu)，橡膠為連續(xù)相，硼泥為分散相，在橡膠表面中有不穩(wěn)定的顆粒存在。在拉伸時，硼泥與基體脫黏，30份硼泥填料比20份硼泥填料與CR/NR基體的相容性稍差。

3 結(jié)論

（1）硼泥具有填充CR/NR二元膠的可行性，而且配方和加工工藝簡單。

（2）硼泥填充CR/NR二元膠具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，當(dāng)硼泥為15份時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值。

（3）硼泥做填充料使CR/NR二元膠有較好的耐油性能，當(dāng)硼泥為20份時，耐油性能最好。

（4）硼泥做填充料使CR/NR二元膠有較低的可燃性，可以做更好的阻燃材料。當(dāng)硼泥為15份時，氧濃度達(dá)到最大值，阻燃性能最好。

（5）硼泥做填充料使CR/NR二元膠具有較好的硬度，隨著硼泥份數(shù)的增加，邵氏硬度也不斷增大。

（6）硼泥作為高分子材料的新型填料，可以替代部分炭黑等傳統(tǒng)填料。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱廣發(fā).遼寧硼泥資源綜合利用的探討與對策[J].節(jié)能，1998（3）：44-46.

[2] 化工產(chǎn)品實(shí)用手冊（一）[M].上海交通大學(xué)出版社，1988.

[3] 羅玉萍，王立久.硼泥耐火材料的研究[J].耐火材料，1994，28（6）：331-335.