Page 95 - 《橡塑技术与装备》2020年17期（9月上半月橡胶）

产品与设计 杜伟 等·空气玻璃微珠与炭黑的用量替换对天然橡胶的影响

标准进行测试。 2.3 不同炭黑 / 微珠配比对 NR 硫化胶密度
的影响
2 结果与讨论 在对 1#~7# 硫化胶试样进行密度测试的结果中发
2.1 不同炭黑 / 微珠配比对 NR 硫化特性的 现，空气玻璃微珠的加入可以明显降低 NR 的密度，
影响 且当玻璃微珠 / 炭黑 N330 比例为 40/40 时（4# 试样），
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对 1#~7# 试样进行硫化特性测试，数据见表 2。 密度可以达到小于 1 g/cm 。具体结果见图 1。
结果表明，随着空气玻璃微珠替代炭黑 N330 份数的
增加，最高转矩 M H 和转矩差值 M H -M L 逐渐增大，这
是因为玻璃微珠表面经过化学改性，接枝了活性基团，
并且 MDR 设备的转动角度为 ±0.5°，使得橡胶在小形
变下体现玻璃微珠对橡胶的补强作用。
表 2 硫化特性数据
实验编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
M H /(dN . m) 32.95 32.55 3.77 35.98 37.63 38.1 37.95
M L /(dN . m) 2.67 1.17 0.97 0.74 0.65 0.54 0.28
30.28 31.38 32.8 35.24 36.98 37.56 37.67
M H -M L
t 10 /min 1.14 1.14 1.21 1.27 1.28 1.41 2.13
t 90 /min 7.86 4.71 3.22 2.86 2.73 2.83 3.79

这是因为炭黑与微珠同作为填料，均会起到增加
硫化转矩的作用，但是玻璃微珠的表面能要大于炭黑， 图 1 不同炭黑 N330/ 玻璃微珠配比对硫化胶密度的影响
所以同等份数下玻璃微珠对转矩的影响要大于炭黑对 空心玻璃微珠是一种经过特殊加工处理的微米
其的影响，随着玻璃微珠逐步替代炭黑，橡胶整体的 级表面光滑的中空玻璃微珠，主要化学成分为碱石灰
硫化转矩出现上升。 硼硅酸盐玻璃，是一种密闭、中空正球体，内含稀薄
从表 2 可以得知，随着空气玻璃微珠替代炭黑份 的氮气、二氧化碳等气体。所以微珠的加入可以降低
数的增加，焦烧时间 t 10 逐渐增加，工艺正硫化时间 NR 密度，且经验公式为 ：每 20 份玻璃微珠替代炭黑，
t 90 逐渐缩短。 密度降低约 0.1 g/cm 左右。
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2.2 不同炭黑 / 微珠配比对 NR 力学性能的 2.4 不同炭黑 / 微珠配比对 NR 应力 - 应变
影响 关系的影响
在对 1#~7# 试样的力学拉伸测试实验中发现，随 在图 2 不同炭黑 N330/ 玻璃微珠配比对应力 - 应
着玻璃微珠替代炭黑份数的增加，硬度基本保持不变， 变关系的影响中可以发现，在较短的应变下（5 mm
但是拉断强度和 100% 定伸应力下降明显，并且拉断 以内，即 25% 伸长率以内），曲线重合，此时炭黑的
伸长率出现上升。具体结果见表 3。 补强作用还不是很明显。
表 3 物理机械性能测试数据 在较长应变下，曲线出现分离，这是因为橡胶相
实验编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7#
邵尔 A 硬度 / 度 85 83 83 83 83 83 82 与微珠之间产生滑脱，从而消弱了微珠与橡胶之间的
拉断强度 /MPa 19.36 12.96 11.58 9.18 8.00 6.70 3.53 吸附作用，而炭黑的物理补强作用开始显现，随着玻
拉断伸长率 /% 199 214 240 250 273 281 310
100% 定伸应力 /MPa 9.70 7.07 5.92 4.93 4.10 3.47 1.89 璃微珠替代炭黑份数的增加，曲线斜率逐渐下降。
2.5 不同炭黑 / 微珠配比对 NR 耐磨性的影
这是因为，橡胶在较长形变下，响应出的外力主
响
要有橡胶材料本身交联网络的力以及利用补强材料炭
测试还对试样进行了 DIN 磨耗实验，测试条件为
黑形成结合橡胶的力，而玻璃微珠与炭黑相比不能产
10N 的负载力，测试结果如图 3 所示。
生这种物理缠结的作用，所以，随着玻璃微珠替换炭
随着玻璃微珠替代炭黑份数的增加，试样的磨耗
黑份数增加，物理缠结的补强作用减弱，力学性能出
体积逐渐增加，这说明玻璃微珠的加入降低了 NR 的
现下降。
耐磨性。

年
2020 第 46 卷 ·43·