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原材料与配方 王坤·不同填料 / 丁苯橡胶复合材料的力学性能研究

表 5 硫化特性测试数据 镁 而言，拉伸强度稍高 ； Si69 改性的凹凸棒土比未
试片名称 M H /(dN·m) M L /(dN·m) t c10 /s t c90 /s t c100 /s 改 性的凹凸棒土拉伸强度提高了近一倍，达到 9.88
SBR- 无填充 9.620 0.561 334 685 1 084
SBR- 滑石粉 11.864 0.703 403 836 1 349 MPa，但伸长率有所降低 ；无填充的丁苯橡胶拉伸强
SBR- 陶土 10.362 0.797 294 768 1 292
SBR- 碳酸镁 11.389 0.756 249 527 899 度为 1.62 MPa，扯断伸长率为 326%。
SBR- 碳酸钙 11.389 0.756 262 499 799 表 7 拉伸性能测试数据
SBR- 凹凸 L51 15.522 2.346 162 519 991 100% 定伸应力
SBR- 改性 L51(Si69） 20.006 2.234 148 560 1 084 试片名称 拉伸强度 /MPa /MPa 扯断伸长率 /%
SBR- 白炭黑 28.151 6.195 55 874 1 604 SBR- 无填充 1.62 0.79 326
注 ：测试温度 160℃。 SBR- 滑石粉 3.25 1.66 436
SBR- 陶土 2.85 1.05 508
上述结论的主要原因，是由于白炭黑作为丁苯橡 SBR- 碳酸镁 3.07 1.13 529
SBR- 碳酸钙 2.54 1.10 451
胶的填充剂，易形成结合橡胶，因此需要较大的扭矩
SBR- 凹凸 L51 5.39 1.24 683
力，结合橡胶越多，导致自由胶中的硫化剂的浓度增 SBR- 改性 L51 9.88 2.57 607
（3%Si69）
加，表现为易焦烧，即焦烧时间较短。白炭黑 pH 值 SBR- 白炭黑 16.51 1.37 760
呈酸性，延迟硫化时间。改性的凹凸棒土与未改性的
上述结论的主要原因 ：由于白炭黑相对其他填充
凹凸棒土最小扭矩几乎相同，但随着偶联剂 Si69 的作
剂而言，具有粒径小、比表面积大和表面活性高的特
用加强，所需要的扭矩力也增大。碳酸钙和碳酸镁同
点，易产生结合橡胶，补强效果最好，表现为拉伸强
属于强碱弱酸盐， pH 值较高，对硫化时间无延迟现象。
度值较高，扯断伸长率大。偶联剂 Si69 具有易于水解
陶土和滑石粉具有弱酸性，pH 值偏低，对硫化时间有
的烷氧基团，能与凹凸棒土表面的硅烷基反应，提高
延迟现象，表现在 t c90 较长。
凹凸棒土粒子界面与橡胶分子界面之间的结合力，因
2.3 邵尔 A 型硬度
此改性后的凹凸棒土相对于未改性的凹凸棒土性能有
由表 6 可知，白炭黑填充的丁苯邵氏硬度最高 ；
较大提高。无填充的丁苯橡胶拉伸性能低，主要是由
改性后的凹凸棒土比未改性的凹凸棒土填充丁苯硬度
丁苯橡胶是非结晶型橡胶，无自补强性导致物理机械
有所提高 ；无填充的丁苯橡胶硬度最低，滑石粉填充
性能较差。
的丁苯比陶土、碳酸镁和碳酸钙硬度稍高。
2.5 撕裂强度
表 6 邵氏硬度测试数据
撕裂是由于硫化胶中的裂纹或裂口受力时迅速扩
试片名称 邵氏 A 硬度
SBR- 无填充 41 展、开裂而导致的破坏现象。撕裂强度是试样被撕裂
SBR- 滑石粉 52
SBR- 陶土 48 时单位厚度所承受的负荷。撕裂强度与拉伸强度之间
SBR- 碳酸镁 48 没有直接的关系，也就是说拉伸强度高的硫化胶其撕
SBR- 碳酸钙 49
SBR- 凹凸 L51 59 裂强度不一定也高。由表 8 可知，白炭黑填充的丁苯
SBR- 改性 L51（Si69） 68 橡胶撕裂强度最高 ；改性的凹凸棒土也具有较好的撕
SBR- 白炭黑 75
裂强度，撕裂强度明显提高。
上述结论原因，是由于硬度表示橡胶反抗变形的 表 8 撕裂性能测试数据
能力，硬度值越大，变形越小，反之变形越大。白炭 试片名称 撕裂强度 /MPa
SBR- 无填充 8.73
黑和改性后的凹凸棒土，它们作填充剂补强效果较好， SBR- 滑石粉 18.49
使得填充粒子与橡胶粒子之间的结合力增加，导致交 SBR- 陶土 14.65
SBR- 碳酸镁 16.23
联密度增加，表现为硬度值较高。滑石粉填充的丁苯硬 SBR- 碳酸钙 11.58
SBR- 凹凸 L51 24.33
度比陶土、碳酸镁和碳酸钙硬度稍高，是由于滑石粉本
SBR- 改性 L51（Si69） 30.15
身的比重较高，具有一定补强作用。无填充的丁苯，弹 SBR- 白炭黑 33.97
性较好，抵抗外界的变形能力较弱，硬度值较低。
上述结论的主要原因，是由填充剂的性质决定的。
2.4 拉伸强度 一般相同填充份数情况下，粒径越小、比表面积越大
由表 7 可看出，白炭黑填充的丁苯橡胶拉伸强度
和表面活性越高的填充剂，其撕裂强度越高。在粒径
能达到 16.51 MPa，扯断伸长率为 760% ；未改性的
相同的情况下，结构度低的炭黑对撕裂强度有利。使
凹凸棒土拉伸性能相对滑石粉、陶土、碳酸钙和碳酸
用各向同性的填料，如炭黑、白炭黑、凹凸棒土、立
年
2018 第 44 卷 ·33·