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橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

的共沉胶在双辊开炼机上加入 4 份 ZnO、2 份硬脂酸、 来说，M L 为最低转矩，用来表征橡胶的流动性，M L
1.5 份防老剂 4020、1 份促进剂 NS，混炼 3 min 之后 越低，流动性越好，反之越差 [3~5] 。从表 4 中可以看出，
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加入相应份数炭黑 N220，均匀后加入 2 份硫磺，混炼 1 、3 和 5 试样同为填料比为 35/6 制备的复合材料，
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3 min 后下片制得炭黑 / 碳纳米管 / 天然橡胶复合材料 分别与 2 、4 和 6 填料比为 30/8 对比后发现，30/8
混炼胶。 制备的复合材料的 M L 要更低些，这意味着相同研磨
1.5 测试与表征 遍数下其具有更好的流动性。而填料质量配比相同时，
（1）硫化特性 制备的复合材料随着研磨遍数的增加，对 M L 的影响
通过无转子硫化仪测定混炼胶的硫化特性，测试 不大。M H 为最高转矩值，一般用来表征胶料的剪切模
温度为 150 ℃。 数、硬度、定伸强度和交联密度，一般 M H 越低，硬
（2）物理性能 度越低，M H 越高，硬度越高。从表 4 中可以看出，相
邵尔 A 型硬度、拉伸强度和撕裂强度均按相应的 同研磨遍数的填料比为 35/6 制备的复合材料比 30/8
国家标准进行测试，其中拉伸性能按照 GB/T528— 的复合材料具有更低的 M H ，而配比相同而研磨遍数不
2009，将试样裁成哑铃形状，然后用 AI-7000-M 电 同制备的复合材料对比，M H 值没有较大变化。t 10 表
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子拉力机进行测试，拉伸速率为 500 mm . min ，每 示胶料的操作安全性，t 10 越短，表示胶料越容易发生
种硫化胶取 5 个样品进行测试，取中值 ；撕裂强度按 死料，产品在生产时容易产生缺料而造成缺陷。反之，
照 GB/T529—1999 ，采用直角形试样测试，每种硫 t 10 越长，虽然操作安全性提高，但是产效会变低，成
化胶取 3 个样品测试，取中值 ；硬度测试将三片硫化 本会增加很多，故 t 10 对胶料的加工、配方设计具有重
胶片叠放在 XY-1 型邵氏硬度计的平台上，按照 GB/ 要意义。从表 4 中可以看出，研磨遍数与生产方法对

T531 进行测试 ； DIN 磨耗按照 GB/T9867—2008，进 于复合材料的 t 10 影响不大，6 组试样的 t 10 大致相同。
行测试。DIN 磨耗量计算公式如式 1 所示。 t 90 主要用来评估胶料在成型生产时的一次加硫条件，
( W 1− W ×) S 0 t 90 过长表示硫化速度偏慢，会导致产品硬度低，产效
2
A = （1）
Q× S 低。从表 4 中可以看出，研磨遍数越多，复合材料 t 90
A ：橡胶体积磨耗量 ； W ：橡胶试样磨损前后质量 ；
越低，这说明研磨遍数的增加有助于提高复合材料的
Q ：橡胶试样的密度 ； S ：标准试样的磨耗量 ； S 0 ： 0.2g。
硫化速度。综上所述，在不降低加工安全性的前提下，
（3）RPA 分析
研磨对于提高复合材料流动性和硫化速度均有较大的
采用橡胶加工分析仪对混炼胶进行加工性能分
改善作用。
析，应变扫描条件为 ：应变范围为 0.28%~100%，温
2.2 动态力学性能分析（RPA2000）
度 80 ℃，频率 1 Hz。
在 橡胶 实 际 加工 中， 复合 材 料 的储 能 模 量随 应
（4）DMA 分析
变的变化而不断变化，其中的变化过程与材料内部填
采用 DMAQ800 对硫化胶进行动态性能分析，温
料网络的构筑与打破密切相关，采用橡胶加工分析仪
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度扫描条件为 ：-60~70 ℃，升温速率 10 ℃ . min ，
（RPA2000）可以密切监测这一变化，对分析复合材
频率 10 Hz，应变 0.01%。 [6~7]
料内部的网络结构以及填料的分散均有显著帮助 。
如图 1 所示为不同研磨遍数的炭黑 / 碳纳米管 / 天然橡
2 结果与讨论 胶复合材料应变扫描曲线。
2.1 硫化性能
从图 1 中可以看出不同填料配比及研磨遍数的不
表 4 研磨法制备炭黑 / 碳纳米管 / 天然橡胶复合材料硫
同对碳纳米管 / 天然橡胶复合材料的应变扫描曲线有
化特性
编号 1 # 2 # 3 # 4 # 5 # 6 # 显著影响。首先当复合材料内部填料配比相同时，研
M H /dN . m 22.83 21.62 22.82 21.62 22.85 21.68 磨遍数的增加会使复合材料低应变下的储能模量值显
M L /dN . m 4.67 4.56 4.69 4.58 4.65 4.60
t 10 /min 3.51 3.50 3.45 3.42 3.48 3.46 著增加，研磨 5 遍的两种复合材料储能模量最低，研
t 90 /min 11.73 11.73 10.50 10.47 9.88 9.84
磨 15 遍的两种复合材料储能模量值最高。这主要是由
橡胶的硫化特性指的是某一特定温度下胶料在硫 于充分研磨会使碳纳米管的粒径变小，而与炭黑能更
化过程中一些物理性能与硫化参数之间的关系。一般 好地结合在一起，二者加入到天然橡胶中能够达到更

·2· 第 46 卷 第 15 期