原位接枝改性对白炭黑补强nr橡胶结构与性能影响

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1、原位接枝改性对白炭黑补强NR橡胶结构与性能的影响王雪飞1,周志诚1,杨军1，张立群2(1.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007；2.北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029)摘要：本文研究了原位接枝改性白炭黑补强天然橡胶的力学性能及动态性能，并采用红外光谱、热失重、转矩流变仪分别对改性前后橡胶的结构进行了表征。结果表明，白炭黑填充天然橡胶经原位接枝改性后，胶料拉伸强度、定伸应力提高，压缩永久变形、阻尼因子tanδ减小，当改性剂用量为9份时，胶料综合性能最好。TG分析及红外光谱分析结果表明，改性剂在

2、混炼阶段与橡胶、炭黑发生了接枝反应，在硫化阶段参与了交联反应。转矩流变仪测试结果表明，改性剂在混炼阶段需要达到一定的温度（约在120℃左右）才能与白炭黑发生接枝反应，且反应为吸热反应。关键词：原位接枝改性白炭黑天然橡胶力学性能结构表征白炭黑作为白色填料填充的硫化胶的补强性、定伸应力、压缩变形、生热、磨耗及加工工艺性能均不及炭黑填充胶料，原因是白炭黑的表面极性和亲水性较强，与烃类橡胶的相容性不如炭黑好。为要提高胶料、填料间界面相互作用，常采用各种界面活性剂，如硅烷偶联剂［1～3］、钛酸酯类［1,4-6］、多元醇［7～8］等

3、进行改性。Jesionowski[9]、KrysztafkiewiczA[10]、毋伟等采用傅立叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)等研究了白炭黑改性前后的结构变化。经上述方法改性后的白炭黑补强硫化胶物理性能和动态力学性能均有不同程度的改善。本工作采用双亲活性的有机分子作为改性剂，借助硫化助剂，在一定温度下使改性剂与白炭黑表面的官能团和NR分子链上的双键等官能团发生原位接枝反应［12］。前期对白炭黑原位接枝技术的工艺进行了初步研究［13，14］，本文采用红外光谱、热失重、Brabender对原位接枝改性白炭黑补强

4、NR橡胶的结构进行表征。本文研究了改性剂用量对NR橡胶物理机械性能和动态性能的影响，采用红外光谱、热失重等对结构进行了表征，并采用转矩流变仪研究了其化学流变性能，考察了改性剂与橡胶、炭黑在混炼阶段的相互作用。1实验部分1.1主要原材料天然胶，SMR5，马来西亚进口产品；白炭黑，Hi-Sil257N，南吉化学工业有限公司产品；改性剂，n-丙基三乙氧基硅烷，荆州市江汉精细化工有限公司产品；不溶性硫黄IS-HS-7020上海京海化工产品。1.2基本配方试验用配方：天然橡胶100；氧化锌10；硬脂酸2；防老剂3.0；不溶性硫黄2

5、.6；促进剂1.8；白炭黑30；改性剂变量。TG测试用配方：天然橡胶100；氧化锌10；硬脂酸2；不溶性硫黄IS-HS-70202.6；促进剂1.8；白炭黑100；改性剂0或20。1.3分析测试1）红外测试红外光谱测试采用北京第二光学仪器厂生产的WQF-410型傅立叶变换红外光谱仪，将尺寸0.2mm×0.2mm×0.2mm的混炼胶试样在丙酮化学试剂进行抽提48小时，然后在真空干燥箱中于80℃下烘干lh，再在450～500℃裂解试样，冷却到常温，残留物涂膜用于FT-IR分析。2）热失重分析热失重采用德国耐驰公司生产的TG2

6、09C型热分析仪，升温速率20K/min，测试温度范围：室温～800℃，气氛为氮气。3）Brabender测试采用德国布拉本德公司生产的Lab-station型加工性能测试仪进行加工性能测试。称取65g混炼胶试样，测试不同的混炼温度条件下的混炼“扭矩-时间”（τα－t）曲线，配N50EHT-3Zones混炼头（椭园形转子），上顶栓压力5kg，从上顶栓压下时开始记录扭矩，胶料的温度由密炼室底部的热电偶测量，混炼时间20min，转子速度控制35转／min。1.4制备工艺(1)未改性胶料：采用传统炼胶工艺混炼。(2)改性胶料：

7、在高温开炼机上完成生胶、白炭黑与改性剂的原位接枝反应过程，然后在普通开炼机上按顺序加入活性剂、防老剂、硫化促进剂等。具体改性工艺见专利［12］：胶料停放24h后，在平板硫化机上硫化，硫化条件为150℃/28MPa×15min。2结果与讨论2.1力学性能表1为改性剂的不同加入量对白炭黑原位接枝改性材料力学性能的影响。表1改性剂用量对白炭黑填充胶料力学性能的影响改性剂，份036912硬度,度7269707069拉伸强度,MPa16.122.724.725.823.2拉断伸长率,%456527487480470300%定伸应力

8、,MPa8.511.114.619.919.5压缩永久变形,%，(70℃×24h)5445383536从表1可以看出，白炭黑经原位接枝改性后，胶料的拉伸强度、定伸应力提高幅度较大。当加入9份改性剂时，拉伸强度提高约60%，300%定伸应力提高约134%，而拉断伸长率变化不大，压缩永久变形显著减小。2.2动态力学行为分