填充纖維素的丁苯橡膠硫化膠的各項(xiàng)性能

江畹蘭 編譯

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院， 廣東 廣州 510641）

填充纖維素的丁苯橡膠硫化膠的各項(xiàng)性能

江畹蘭 編譯

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院， 廣東 廣州 510641）

在丁苯橡膠生膠從膠乳中析出時(shí)，把由棉纖維制得的粉末狀纖維加入膠乳中，制得填充纖維素的丁苯橡膠。文中研究了此種橡膠的各項(xiàng)性能。采用適宜的助劑使纖維素與橡膠良好地結(jié)合，以顯著提高填充纖維素的丁苯橡膠的力學(xué)性能。

棉纖維；丁苯橡膠；纖維素填充劑；硫化特性；力學(xué)性能

目前，纖維及粉末狀填充劑被廣泛應(yīng)用于橡膠工業(yè)制品的生產(chǎn)。將纖維素填充劑轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰钐畛鋭?，是制得有機(jī)粉末狀填充劑的方法之一。這樣，就可在生膠合成階段加入大量填充劑，使其均勻地分散在生膠基體中。

撰寫該文的目的是，研究當(dāng)丁苯橡膠生膠由其膠乳中析出時(shí)，就加入纖維素填料的丁苯橡膠硫化膠的各項(xiàng)性能。

先將棉纖維粉碎，然后用硫酸溶液［20%～30%（質(zhì)量）］對(duì)其進(jìn)行處理，邊攪拌邊加熱，這樣便由棉纖維制得了粉末狀填充劑。然后，將制得的糊狀物（纖維浸漬在硫酸溶液中）進(jìn)行過濾并烘干。對(duì)烘干后的粉末狀物再粉碎，使之變成可細(xì)分散的粒子。由此得到的酸性粉末狀填充劑中仍含有殘余的硫酸。但這一美中不足之處，通過在乳液聚合生膠時(shí)，使用這種填充劑而得到彌補(bǔ)，即由膠乳中析出生膠時(shí)進(jìn)行了酸化處理。

為了獲得中性的粉末狀纖維填充劑，宜用氫氧化鈉溶液［1%～2%（質(zhì)量）］對(duì)酸性的粉末狀纖維素進(jìn)行處理，再加以洗滌及烘干。

根據(jù)纖維素級(jí)分的組成，測(cè)得酸性纖維素填充劑粒子的加權(quán)平均直徑約為0.57 mm、中性粒子約為0.14 mm，微晶纖維素約為0.15 mm（見圖1）。文中所研究的纖維素的吸油值分別為67 cm3/100 g、59 cm3/100 g和83 cm3/100 g。

圖1 纖維素填充劑級(jí)分組成

將纖維素粉末狀粒子增大220～250倍，則主要是結(jié)晶體。酸性纖維素粉末填充劑的形狀因子e/d（長度與直徑之比）為1～9；中性的為1～25，微晶纖維素為1～8。這些針狀填充劑存在于膠料中，對(duì)硫化膠可產(chǎn)生補(bǔ)強(qiáng)效應(yīng)及彈性指標(biāo)的各項(xiàng)異性。形狀因子也決定了粉末狀填充劑的分散密度上的差異：酸性纖維素的為0.68 g/cm3；中性的0.44 g/cm3；微晶的為0.79 g/cm3。

對(duì)制得的纖維素填充劑的元素組成進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在中性的粉末狀填充劑中存在著被結(jié)合硫酸鹽；尤其在酸性粉末狀填充劑中含量更多，而在微晶纖維素中則完全沒有硫酸鹽存在。

為了評(píng)估含粉末狀填充劑的丁苯橡膠СКС-30 АРК的硫化膠的各項(xiàng)性能，用標(biāo)準(zhǔn)配方按通用方法制得了膠料。含3%、5%、10%［按生膠量計(jì)（質(zhì)量）］纖維素填充劑的硫化膠的硫化特性列于表1。

表1 填充粉末狀纖維素填充劑的丁苯橡膠СКС-30 АРК在160 ℃時(shí)的硫化過程的特性

隨著纖維素填充劑含量的增加（從3%到10%），膠料在硫化時(shí)的最小轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩都有所增大。

纖維素填充劑還會(huì)延長膠料的硫化起步時(shí)間，但并不影響硫化完成時(shí)間（見表1）。

在硫化起步階段微晶纖維素粒子上吸附了硫化劑的各個(gè)組分，而在硫化完成時(shí)又起到了解吸附劑的作用，這就解釋了為何硫化時(shí)間延長、平均硫化速率提高，為何硫化膠交聯(lián)密度增大的問題。

表2列示了膠料及填充硫化膠的力學(xué)性能。

表2 填充粉末狀纖維素填充劑的丁苯橡膠СКС-30 АРК的膠料及硫化膠的性能

（表未完）

（續(xù)表）

當(dāng)中性的和微晶纖維素的填充量為1%～10%質(zhì)量時(shí)，由于中性纖維素較大的形狀因子（1～25）及微晶纖維素的大比表面積（м·ч= 83 cm3/100 g），使硫化膠的硬度提高，但不影響其回彈性。

由于中性纖維素粒子表面吸附了硫化劑的各個(gè)組分，從而使交聯(lián)鍵濃度降低、硫化速率減緩及永久變形增大。隨大形狀因子（1～25）的中性粉末狀纖維素填充劑在膠料中含量的增加，300%定伸應(yīng)力呈線型增大。另一方面，由于大粒子級(jí)分的累積，使膠料中的缺陷點(diǎn)增加，導(dǎo)致硫化膠的強(qiáng)度和伸長率都下降。

增加微晶粉末狀纖維素填充劑在膠料中的含量，可提高硫化膠的300%定伸應(yīng)力，降低硫化膠在溶劑中的溶脹速率，提高交聯(lián)密度及硫化速率，減小強(qiáng)度和拉斷伸長率。這是由于微晶纖維素粒子與橡膠潤濕不良，以及在聚合物中積累了缺點(diǎn)所致。

綜上所述，選擇好能使纖維素與橡膠膠料良好結(jié)合的助劑，才能顯著改善丁苯橡膠的彈性強(qiáng)度。

［1］ Лугачева И.Н 等 Свойства вулканизатов на оснве Бутадиен-стиральнго каучука в присутствии цсллюлозных наполнителей［J］. каучук и резина 2012（5）∶22-24.

［責(zé)任編輯：張啟躍］

TQ 333.1

B

1671-8232（2015）12-0015-03

2013-10-21

江畹蘭（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年畢業(yè)于前蘇聯(lián)莫斯科羅蒙諾索夫精細(xì)化工學(xué)院?，F(xiàn)任華南理工大學(xué)教授，從事聚合物結(jié)構(gòu)與變化的研究。