天然橡胶力学、超声、介电和物理性能

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1、天然橡胶的力学、超声、介电与物理性能王进，杨柳校译（株洲时代新材料科技股份有限公司，412007）摘要：通过超声频谱和电介质频谱研究了硬脂酸锌（ZnSt）对天然胶NR性能的影响。加入ZnSt后，提高了胶料的断裂应力和模量，改善了胶料的力学性能。根据2MHz实验条件下的超声测试结果表明，ZnSt对NR的纵向和横向超声速，弹性模量，硬化度等也有影响。宽频介电松弛（0.01Hz－10MHz）表明，与白色填料相比，加入ZnSt提高了NR的弹性模量ε′，并且ZnSt可以在更高温度下在离子范畴作增塑剂。关键词：天然胶，氧化锌，硬脂酸，硬脂酸锌，应力-应变，溶胀，SE

2、M，超声，介电性天然胶（NR）由于具有优良的黏结性能、硫化后强度、高拉伸强度和抗裂纹扩展性能，在橡胶工业中占有独特的地位。这些特征归因于NR在拉伸时迅速结晶的能力[1]。NR主要由顺-1,4-聚异戊二烯和少量非橡胶成分，以及连接在高聚物链上的特征基团组成。存在于聚合物中的长链脂肪酸及脂肪酸脂等非橡胶组分，使NR的物理机械性能得以增强。人们也普遍认为这些化合物对天然胶的结晶行为有重大影响[2]。为改善橡胶的性能，应加入某些助剂，如硫化促进剂，活化剂，防老剂和软化剂等。生胶中填加少量添加剂，能够影响混炼胶的电性能，机械性能和超声性能。另一方面，硫化促进剂，活

3、化剂常用于硫化促进体系的活化以提高硫化速率，使硫化效率更高。人们认为它们以某种方式与促进剂迅速反应形成配合物。该配合物能更有效的活化混炼胶中的硫磺，所以提高了硫化速率，并且从硫化促进体系中得到最大硫化效率改善了产品质量。引入离子基团可以使聚合物改性。离子化聚合物，也被称为离聚物，在各种应用领域有着巨大的潜力。离子化橡胶在一定环境条件下，表现出中到高的拉伸强度，撕裂强度和伸长率。由于加热可以使离子交联，因此可以像热塑性塑料一样加工[3]。本实验的目的是系统研究NR在ZnO/脂肪酸（硬脂酸）或在不同浓度的ZnSt（脂肪酸盐）的条件下硫化时，NR的介电，超声，

4、力学性能和流变行为。实验部分材料·天然胶（NR）：密度为0.913的烟片胶（RSS-1）；门尼粘度ML（1+4），100℃：60-90；Tg-75℃；由运输工程公司提供（埃及，亚历山大）。·ZnSt，本地产；橡胶级，熔点128℃。其它通常用于橡胶工业助剂见表1；溶剂和化学药品均为化学纯。制备和表征所有橡胶混炼均采用直径470mm的实验用双辊开炼机，辊距300mm。慢辊速率24rpm，齿轮比1：1.4。橡胶与助剂的混炼按照ASTM(D15-72)执行，严格控制温度，辊距和添加助剂的顺序。硫化采用单层电加热自动控制液压机，硫化温度（142±1）℃，压力4MP

5、a。混炼胶和硫化胶依据如下标准进行测试：·硫化特性：依据ASTMD2084-95(1995)，Monsanto流变仪（型号100）。·力学性能：依据ASTMD412-8a（1998)，Zwick拉伸试验机（型号－1425）。·硬度：依据ASTMD2240-97(1997)。·疲劳性能：依据ASTMD3629(1998)，Monsanto疲劳龟裂测试仪。·溶涨：依据ASTMD471-97(1998)。模压样品，溶剂甲苯，25℃下放置24小时后测定。·热氧老化性：依据ASTMD573-88(1994)。应变能测试应变能通过对硫化胶样品的应力-应变曲线所围成的

6、面积积分得到，计算方法采用Simpson法则[4]。扫描电镜采用JoelJSM-T20型扫描电镜（SEM）对样品形态进行测试。样品表面喷涂一层薄金，以避免在实验过程中产生静电荷。密度测试橡胶试样的密度（ρ）根据阿基米德原理，利用油的浮力和以下关系计算得到：ρ＝ρb(Wa/(WaWb）)式中，ρb是油的密度，Wa和Wb分别是样品在空气和油中的重量。实验重复3次，所有样品测量结果的估计误差为±1kg/m3。1．样品配方各组分的质量份ABCDEFGNR100100100100100100100ZnO52.51------------硬脂酸210.5------

7、------CBS0.60.60.60.60.60.60.6PBN1111111S2.52.52.52.52.52.52.5ZnSt---2557911表2．140℃下的流变特性性质ABCDEFG△M53.5514731.253334.77532.25TC90(min)16.2520.2519.2514.2514.7517.7521.5TS2(min)587.577.259.7510.5CRI8.888.168.5113.7913.3312.759.09表3．最佳硫化时间条件下，样品的力学性能性质ABCDEFG100％定伸，MPa1.121.191.38

8、1.171.41.6150.886200％定伸，MPa1.762.12.311.