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原材料与配方 姬春梅·炭黑补强天然橡胶的性能研究

表 2 实验仪器 试验机上进行，试样与磨轮的角度为 15°，负荷 2.72
仪器名称 型号 生产厂家 kg，总行程 1.61 km，记录磨耗前后胶料的质量差，
橡胶开炼机 XK-160 上海第一橡胶机械厂
无转子硫化仪 MDR-2000E 无锡蠡园电子化工设备有限公司 并依据胶料的密度求算磨耗体积。
真空平板硫化机 DYPV.50 昆山登一机械有限公司
硬度测试按照 GB/T 6031—1998，用外力将硬度
1.3 实验流程 计压针压在硫化橡胶试样表面上，硬度计指针所示的
先将各牌号天然橡胶胶料在开炼机上进行塑炼， 度数即为橡胶的邵氏 A 型硬度。
再按表 3 所示配方依次加入防老剂、ZnO、硬脂酸及
促进剂、防焦剂、炭黑、古马隆树脂及松焦油、硫磺， 2 实验结果与讨论
最后薄通下片。混炼胶停放 24 h 以后，切取 5~6 g 2.1 炭黑补强天然橡胶的硫化性能
胶料于无转子硫化仪中测算相应硫化时间。最后，在 图 1 为炭黑补强天然橡胶的硫化曲线。从图中可
143℃下的平板硫化机上硫化制得胶料。 见四条曲线的趋势一致，但是 9# 和 10# 在硫化后期
表 3 炭黑补强天然橡胶配方 有轻微的硫化返原现象，这是因为本文所采用的硫化
硫化胶编号 9# 10# 11# 12# 体系属于普通硫磺硫化体系，较易发生硫化返原 [35] 。
NR 生胶编号 1# 2# 3# 4#
组分配方 ： NR 100 份，硫磺 3 份，高耐磨炉法
炭黑 50 份，混气炭黑 20 份， ZnO 10 份，硬脂酸 2 份，
促进剂 CZ 0.4 份，促进剂 NOBS 0.4 份，防老剂 RD
3 份， 防 老剂 4010NA 2 份， 防 焦 剂 CTP 0.5 份， 古
马隆树脂 2 份，松焦油 2 份。
1.4 性能测试
热氧老化测试参照 GB/T 3512—2001，采用 401A
型鼓风式老化实验箱，老化温度 70℃，老化时间 72 h，
测定老化后胶料的性能。用热氧老化系数评价硫化胶
的耐热氧老化性能，热氧老化系数 = 老化后断裂伸长
率保持率 × 老化后拉伸强度保持率 ×100%。 图 1 炭黑补强天然橡胶的硫化曲线
动态力学测试采用美国 TA 公司生产的 Q800 型 表 4 列出了 4 种牌号天然橡胶经炭黑补强后的
DMA 仪测试，升温速率 ： 5 ℃ /min，频率 ： 11 Hz， 硫化特性。由表可知，不同胶料的焦烧时间 t 10 的
温度测试范围 ：-80~100℃。 顺 序 为 11#>10#>9#≈12#， 正 硫 化 时 间 t 90 的 顺 序 为
橡胶的拉伸断裂面和撕裂面形貌采用 JEOLJSM- 12#>11#>10#>9#，说明 11# 的工艺安全性较好，而 12#
6380LV 型扫描电子显微镜 (SEM)，观察，磨耗表面 的硫化时间最长。硫化速度的顺序为 9#≈10#>11#>12#，
形态采用 Hirox CT-7 三维视频显微镜观察。 说明 9# 和 10# 的硫化速度相近，且均高于其他两种牌
拉伸性能实验按照 GB/T 528—1998 标准在深圳 号。而在交联密度方面，12# 最 高，10#、11# 次 之，
SANSI 电子拉力实验机上进行测试 ( 拉伸速度为 500 9# 最差。

mm/min)， 记 录 M 100 、M 300 、 拉伸 强 度、断 裂 伸长 率 表 4 炭黑补强天然橡胶的硫化特性
和永久变形。 9# 10# 11# 12#
t 10 /min 5.31 5.59 6.83 5.25
撕裂性能试验按 GB/T 529—1999 标准在深圳 t 90 /min 18.71 19.11 22.89 23.25
-1
SANSI 电子拉力实验机上进行测试，记录撕裂强度。 (t 90 -t 10 ) /min -1 0.076 0.073 0.063 0.055
M L /N·m 0.077 0.084 0.121 0.191
疲劳寿命测试采用往复频率为 300 次 /min 的 M H /N·m 2.028 2.122 2.122 2.702
PL-140 型疲劳试验机，按照 GB/T 1688—2008，采 (M H -M L )/N·m 1.952 2.041 2.002 2.512
用哑铃 2 型试样，伸长率 100%，反复伸张直到试样 2.2 炭黑补强天然橡胶硫化胶的物理机械性
破断，以产生破坏时的变形周期数定义为疲劳寿命。 能
磨耗试验按 GB1689—1998 标准在 Akron 磨耗 炭黑补强后天然橡胶硫化胶的物理机械性能如表

年
2019 第 45 卷 ·17·