丁苯復(fù)合橡膠的制備及性能測試

孫國雙，譚鑫

(1.茂縣土門中學(xué)，四川 茂縣 623200；2.西昌學(xué)院，四川 會理 615100)

0 引言

目前民用橡膠常見種類為：天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠及順丁橡膠。由于構(gòu)成橡膠的分子結(jié)構(gòu)不同使其具有不同性能，其中丁苯橡膠由于綜合性能較為優(yōu)異且生產(chǎn)成本低，近年來的需求量逐漸上升，被廣泛用于制造各類橡膠制品，例如輪胎、膠帶、電線電纜等[1]。但是，由于丁苯橡膠由丁二烯和苯乙烯共聚而成，其具有較多的反式結(jié)構(gòu)，側(cè)基上帶有苯環(huán)，因而有較高的滯后損失率、發(fā)熱量較高、彈性較低、耐寒性較差、粘附性差、抗撕裂性差、裂紋擴展速度快等不足[2-5]。因而用丁苯橡膠制備橡膠制品時，其綜合性能很難得到全部滿足，這也導(dǎo)致它的使用范圍在一定程度上受到了限制。本文通過將丁苯橡膠與其他橡膠復(fù)配，以此改善丁苯橡膠的綜合性能，對丁苯橡膠能被應(yīng)用于更廣泛的行業(yè)和領(lǐng)域具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

試驗材料如表1所示。

表1 試驗材料

試驗儀器如表2所示。

表2 試驗儀器

1.2 試驗設(shè)計

制備4種復(fù)配丁苯橡膠樣品，分別將天然橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、再生橡膠與丁苯橡膠以90:210的比例混合制備橡膠樣品，將混合后的生膠放入開煉機進行塑煉，待膠料完全包輥后，依次加入各種配合劑，每種配合劑加入時間間隔1 min，然后薄通，三包兩卷，最后下片。

將混煉后的膠料放置一段時間，然后裁剪成11 cm×14 cm的規(guī)格放入模具中，進行硫化。硫化條件：壓力8 MPa、溫度152 ℃、時間分別為30 min，將硫化后的膠料放置12 h待用。

1.3 測定指標(biāo)與方法

門尼黏度：參照GB/T 1232.1—2016，用江都開源機械廠生產(chǎn)的KY60004型門尼黏度儀進行測定，溫度設(shè)為100 ℃，時間5 min。

硬度：依據(jù)GB/T 531.1—2008，用江都開源機械廠生產(chǎn)的KYLX-A硬度計進行測試。

拉伸、撕裂性能：依據(jù)GB/T 528—2009，在電子萬能實驗機上進行測試，速度為500mm/min。

耐磨耗性能測試：用阿克隆磨耗機測試，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1689，每次3個試樣。

熱重分析：使用DTG-60 差熱-熱重分析儀進行測量，測量條件：靜態(tài)空氣氛圍，溫度范圍30～700 ℃，升溫速率10 ℃/min，以空坩堝作參比物。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配丁苯橡膠的性能分析

橡膠產(chǎn)品在實際使用的過程中內(nèi)部往往會受熱并與空氣中的氧氣接觸，這就導(dǎo)致橡膠產(chǎn)品很容易受到熱氧的破壞，會加速制品的老化，進而會嚴(yán)重地影響橡膠制品的使用壽命，這在很大程度上就縮減了橡膠所能被應(yīng)用到的行業(yè)和領(lǐng)域。為了提高丁苯橡膠的性能和擴大其使用范圍，文章主要研究丁苯橡膠中復(fù)合不同種類的橡膠，并通過加入基礎(chǔ)的促進劑、氧化劑、硫化劑和碳黑等制備4種復(fù)配丁苯橡膠樣品，進行性能對比分析，然后再進一步探究防老劑和增塑劑對丁苯橡膠和4種復(fù)配丁苯橡膠的物理性能、可加工性等性能的影響(如表3所示)。

表3 試驗配方

2.1.1 對門尼黏度的影響

在評價橡膠的性能時，門尼黏度通常被作為重要的指標(biāo)，生橡膠或混煉膠的流動性和可加工性可以直接由門尼黏度值的大小體現(xiàn)出來。橡膠材料的門尼黏度值越高，各種配合劑在混煉階段要均勻混合就越困難，其可塑性和流動性就越小，后期的各種成型加工也就越困難。隨著門尼黏度值的降低，其可塑性和流動性將相應(yīng)增加，變得易加工，但并不是越低越好，太低會反而會造成膠料易粘輥，成型差。

從表4可以看出在丁苯橡膠中加入其他橡膠經(jīng)過混煉后，制備出的復(fù)配橡膠的門尼黏度值相對于純丁苯橡膠的門尼黏度值降低了，表明這4種復(fù)配丁苯橡膠的可加工性都優(yōu)于純丁苯橡膠的可加工性，其中加入再生橡膠和硅橡膠制備的復(fù)配橡膠的可加工性表現(xiàn)相對優(yōu)異，加入天然橡膠制備出的復(fù)配橡膠的可加工性表現(xiàn)次之。

表4 門尼黏度值

2.1.2 對物理性能的影響

丁苯橡膠和4種復(fù)配丁苯橡膠的物理性能如表5所示?？梢钥闯觯謩e將天然橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠、再生橡膠加入到丁苯橡膠中制備出的4種復(fù)配橡膠，各項性能都發(fā)生了變化， 加入天然橡膠制備的復(fù)配橡膠物理性能提升最明顯，加入硅橡膠制備的復(fù)配橡膠的物理性能出現(xiàn)了明顯的下降。經(jīng)分析認(rèn)為，在丁苯橡膠中加入不同種類的橡膠混合硫化，對增加橡膠內(nèi)部交聯(lián)鍵的數(shù)量，提高交聯(lián)密度有一定積極作用，具體表現(xiàn)是交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，柔韌性降低，從而硬度增加。同時，由于交聯(lián)密度的增加，導(dǎo)致交聯(lián)點之間的平均鏈長度變短，與之前相比，分子鏈承受的外力就呈現(xiàn)均勻分布，橡膠的拉伸強度、撕裂強度也因此得到提高。但加入硅橡膠制備的復(fù)配橡膠由于硅橡膠和丁苯橡膠本身的特性，兩種橡膠不能很好地共混，可能出現(xiàn)未完全硫化的情況，所以反而導(dǎo)致物理性能下降。

表5 丁苯橡膠和四種復(fù)配橡膠的物理性能

2.1.3 對耐磨耗性能的影響

磨損是指試樣在實驗室或正常使用條件下，由于磨損而改變其重量或尺寸的過程。耐磨性是橡膠產(chǎn)品的一個重要指標(biāo)，它用于表征硫化橡膠抵抗摩擦導(dǎo)致材料表面損傷的能力。從表6中我們可以看出，在丁苯橡膠中加入硅橡膠和再生橡膠制備的復(fù)配橡膠的磨耗量相對于純丁苯橡膠的增加了，耐磨耗性能相應(yīng)就變差了。丁苯橡膠中復(fù)合天然橡膠和丁腈橡膠制備的復(fù)配橡膠，其耐磨耗性能相對于純丁苯橡膠的有提升，加入天然橡膠制備的復(fù)配橡膠具有最佳的耐磨耗性能。

表6 丁苯橡膠和四種復(fù)配橡膠的耐磨耗性能

2.1.4 對耐熱性能的影響

研究各種材料的受熱分解過程和評價材料的熱穩(wěn)定性時，通常采用熱重分析的方法。通過熱重分析，可以知道物質(zhì)的熱降解起始溫度、最大速率分解溫度、熱降解終止溫度以及總的熱失重率，并了解到各種材料隨溫度的變化過程，從而評估其耐熱性。表7丁苯橡膠和4種復(fù)配橡膠在空氣氣氛下的熱失重數(shù)據(jù)，從中可以看出丁苯橡膠和4種復(fù)配橡膠的熱分解起始溫度和熱分解終止溫度都存在一些差異。分析認(rèn)為，不同種類的橡膠由于本身的特性就具有不同的耐熱特性，再將不同種類的橡膠混合在一起，會使橡膠的大分子鏈發(fā)生變化，綜合作用下復(fù)配橡膠的耐熱性能會發(fā)生變化，其中在丁苯橡膠中加入丁腈橡膠制備的復(fù)配橡膠在耐熱性能表現(xiàn)上相對優(yōu)異一點。

表7 空氣氛下丁苯橡膠和四種復(fù)配橡膠的熱失重數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

丁苯橡膠中加入其他的橡膠制備的復(fù)配橡膠，各項性能如硬度、拉伸強度、撕裂強度、斷裂伸長率、耐磨耗性能、可加工性等都會得到改善提高，其中在丁苯橡膠中添加天然橡膠對丁苯橡膠性能改善效果最佳，拉伸強度提高了12%，硬度增加了11%，撕裂強度提高了23%，斷裂伸長率提高了24%。