新型白炭黑对天然橡胶性能的影响

全鹏，方庆红(沈阳化工大学材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 110142)

摘要：研究自制新型白炭黑对天然橡胶(NR)性能的影响，并与市售白炭黑进行对比。结果表明：与市售白炭黑NR胶料相比，自制白炭黑NR胶料的硫化时间缩短，拉伸强度、拉断伸长率、弹性和耐磨性能较好，生热较低，耐屈挠龟裂性能相当;自制白炭黑用量为30份时胶料综合性能最佳。

关键词：白炭黑;天然橡胶;物理性能;耐磨性能;生热

白炭黑为高度分散状的无定形粉末或絮状粉末，质轻，比表面积大，具有很高的补强性、电绝缘性、增粘性、多孔性、吸水性以及悬浮和振动液化特性，已广泛应用于橡胶、塑料、造纸、涂料、染料和油墨等领域，尤其在橡胶行业中，白炭黑以其优异的补强性能大量应用[1-6]。 白炭黑用于轮胎胶料中，可以有效降低轮胎的滚动阻力;用于在彩色橡胶制品胶料中，可以较大幅度提高橡胶制品的强度、耐磨性、耐老化性和耐色变性。

1 .实验

1.1 原材料

天然橡胶(NR)，牌号为0901，西双版纳景阳橡胶有限公司产品;新型白炭黑，沸石酸法自制(采用多种分散剂并用以及用有机酸滴定)，粒径100～200 nm，粒径分布均匀，具有补强性能胶料耐磨性能较市售白炭黑好以及胶料温升低的特点;炭黑N330，河北龙星集团有限责任公司产品;其它原材料均为市售品。

　　1.2 试验配方

NR，100;硬脂酸，2;氧化锌，4;防老剂4010NA，2;机油，5;硫黄，2.5;促进剂NOBS，1.5;促进剂TMTD，0.3;偶联剂Si69，1;炭黑N330，30;自制或市售白炭黑，变量。

1.3 试样制备

先将NR加入XK-160型开放式炼胶机(青岛环球机械股份有限公司产品)上塑炼，再依次加入硬脂酸、氧化锌、防老剂、白炭黑、偶联剂、炭黑和机油，最后加入硫黄和促进剂，混合均匀后出片，混炼胶放置20 h。胶料硫化在平板硫化机上进行，硫化条件为145 ℃×40 min。

　　1.4 性能测试

硬度采用XHS型邵尔橡塑硬度计(营口市材料试验机厂产品)按照GB/T 531.1—2008测试;拉伸性能采用Instron3365型万能材料试验机(美国因斯特朗公司产品)按照GB/T 528—2009测试，拉伸速率为500 mm·min-1，测试温度为室温;回弹值采用GT-7042-RE型冲击弹性试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 1681—2009测试;耐磨性能采用GT-7012-A型阿克隆耐磨试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 1689—1998进行测试;压缩生热采用GT-RH-2000型压缩生热试验机按照GB/T 1687—1993测试，试样为圆柱形(高度25 mm，直径17.8 mm)，预应力为1.0 MPa，冲程为5.71 mm，温度为55 ℃;屈挠龟裂性能采用GT-7011-F型屈挠试验机(高铁检测仪器有限公司产品)按照GB/T 13934—2006测试。

　　2 .结果与讨论

2.1 硫化特性

自制白炭黑与市售白炭黑胶料的硫化特性(145℃)对比如表1所示。从表1可以看出，自制白炭黑胶料与市售白炭黑胶料的t10和t90相差较大。这是由于无机填料的酸碱性对胶料的硫化特性影响较大，呈酸性的填料阻碍硫化，导致硫化时间延长;呈碱性的填料促进硫化，导致硫化时间缩短，本研究自制白炭黑呈碱性，而市售白炭黑呈酸性，因此自制白炭黑胶料与市售白炭黑胶料的硫化特性差异较大。

2.2 物理性能

自制白炭黑与市售白炭黑胶料(145 ℃×t90)的物理性能对比如图1～4所示。从图1～4可以看出：随着白炭黑用量增大，自制白炭黑胶料和市售白炭黑胶料的硬度均呈增大趋势，但自制白炭黑胶料硬度小于市售白炭黑胶料;自制白炭黑胶料的拉伸强度、拉断伸长率和回弹值均先增大后减小，自制白炭黑胶料的拉伸强度、拉断伸长率和回弹值大于市售白炭黑胶料，这是由于胶料的拉强度和拉断伸长率与填料粒径、分散性以及相容性有关。本研究自制白炭黑的粒径小于、分散性和相容性好于市售白炭黑，对胶料的补强性较好，因此胶料的物理性能较好。

　　2.3 生热和耐磨性能

自制白炭黑与市售白炭黑的生热和耐磨性能对比如图5和6所示。从图5和6可以看出，随着白炭黑用量增大，自制白炭黑胶料和市售白炭黑胶料的生热均上升，耐磨性能均先降低后提高，但自制白炭黑胶料的生热低于、耐磨性能优于市售白炭黑胶料。

2.4 耐屈挠龟裂性能

自制白炭黑与市售白炭黑的耐屈挠龟裂性能试验结果为：自制白炭黑和市售白炭黑用量为0～50份时，胶料屈挠6万次未出现屈挠龟裂现象。这说明自制白炭黑和市售白炭黑在偶联剂的作用下与橡注同图1。

图5 自制白炭黑与市售白炭黑胶料的生热性能对比注同图1。

图6 自制白炭黑与市售白炭黑胶料耐磨性能对比胶的相容性较好，耐屈挠龟裂性能较佳。

3 .结论

(1)自制白炭黑呈碱性，可以促进NR胶料硫化，缩短NR胶料硫化时间，提高NR制品的生产效率。

(2)与市售白炭黑NR胶料相比，相同用量的自制白炭黑NR胶料的拉伸强度、拉断伸长率、弹性和耐磨性能较好，生热较低，耐屈挠龟裂性能相当。

(3)自制白炭黑用量为30份时，NR胶料的综合性能最佳。

参考文献：

[1]谭鑫，钟宏.白炭黑的制备研究进展[J] .化工技术与开发，2010，39(7)：25-31.

[2]王艳玲，王佼. 白炭黑表面改性的研究现状[J]. 中国非金属矿工业导刊，2006，29(5)：12-14.

[3]李素英，钱海燕.白炭黑的制备与应用现状[J]. 无机盐工业，2008，40(1)：17-22.

[4]谈瑛，侯清麟.白炭黑的制备与应用研究进展[J] .广东化工，2010，37(12)：1-9.

[5]刘俊渤，减玉春，昊景贵，等.纳米二氧化硅的开发与应用[J].长春工业大学学报，2001，32(4)：14-16.

[6]陈龙，赵菲，赵树高.白炭黑/炭黑并用对轮胎胎面胶性能的影响[J] .特种橡胶制品，2013，34(1)：13-16.