偶联剂改性白炭黑对SBR胶料性能的影响.doc

偶联剂白炭黑SBR胶料性能的影响 （广东工业大学材料与能源学院，广州，510006） 摘要白炭黑是微细粉末状或超细粒子状无水及含水二氧化硅或硅酸盐类的统称，是橡胶制品的一种重要补强填充剂，能大幅提高胶料的物理性能、减少胶料滞后、降低轮胎的滚动阻力，同时不损失其抗湿滑性[1-3]。但是白炭黑与烃类橡胶的相容性较差，当白炭黑用量较大时，白炭黑的团聚加剧，填料间易形成网络结构，胶料粘度大幅增大，从而影响胶料的加工性能，造成加工设备过度磨损。加工性能随贮存时间的延长而变差，贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题。加入聚乙烯醇、、偶联剂等对白炭黑进行改性。偶联剂对白炭黑有改性作用，硅烷偶联剂与白炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性还可与橡胶发生反应，增大白炭黑与橡胶的结合力，使白炭黑分散得更加均匀，减少白炭黑的附聚现象）实验部分 主要材料 SBR 1502：北京燕化石油化工有限公司生产；沉淀法白炭黑 VN-3：DEGUSSA产品； 偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷KH-792)、缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷WD-60)和乙烯基三丁酮肟基硅烷HG-305)，南京曙光化工集团有限公司产品其它配合剂均为广东信力特种橡胶制品有限公司提供。 基本配方（质量份，下同） SBR1502，100；ZnO，5.0；SA，2.0；防老剂4010，1.5；促进剂CZ，1.5；白炭黑，50，S，2；偶联剂，变种类及用量。 实验步骤和试样制备 首先将白炭黑与偶联剂在高速搅拌中高速搅拌8 min进行预处理，制得预处理白炭黑，装袋备用。在开炼机上先将SBR，依次加入防老剂、氧化锌、硬脂酸、促进剂和预处理沉淀法白炭黑，最后加入硫黄，薄通打三角包5次，辊距调至mm，下片。胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为160℃/10 MPa×10min。 试样的性能测试 拉伸性能按GB/T 528-2009测试，拉伸速度500mm/min撕裂性能按GB/T529-l999测试，速度为500mm/min硬度 (Shore A)按GB/T531-1999标准测试；热空气老化性能按GB/T3512-1999标准测试（老化条件为120℃×48h）。2 结果与讨论 偶联剂对的物理机械性能的影响图～5分别是剂对硬度、拉断伸长率拉伸强度和撕裂强度的影响。硬度是表征橡胶材料刚性的重要指标，其表征硫化橡胶抵抗低应变条件下的变形能力。硬度一般随着胶料的交联密度、填料用量的增大而增大。从图1看出，在偶联剂用量为0~8.0份范围内，随着偶联剂KH-550、KH-792、WD-60和HG-305用量的增加胶料的硬度逐渐下降，其中，当加入KH-550用量超过2.0份后，胶料的硬度下降明显。这是因为缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷HG-305经水解可接枝到白炭黑上面，使白炭黑表面接枝了带有不饱和双键，可以在硫化过程中与橡胶分子链的双键产生共交联。正是因为白炭黑表面包覆一层柔性的偶联剂，改善了白炭黑在橡胶中的分散性，提高了白炭黑与橡胶的相容性，当橡胶受到较小的外力作用时，橡胶分子链运动容易；另外偶联剂为小分子有机化合物，当用量过量时，其相当于增塑剂作用，橡胶硬度下降。 图1 偶联剂用量对胶料硬度的影响图 偶联剂用量对胶料的扯断伸长率的影响 图可，扯断伸长率扯断伸长率急剧扯断伸长率 (b) 图3 偶联剂用量对胶料的定伸应力的影响从图3可以看出，的100%和300%定伸应力。其中，KH-550KH-792和HG-305量为4份WD-60用量为6.0份时00%定伸应力最大KH-550和WD-60用量为6.0份时KH-792和HG-305量为4份00%定伸应力最大WD-60用量为6.0份时100%、300%定伸应力 橡胶的拉伸性能是表征橡胶物理性能的最重要的指标。拉伸强度是制品能够抵抗拉伸破坏的限能力。如图所示为的拉伸强度的影响。从图可以看出，KH-550、WD-60和HG-305KH-792用量的增加而逐渐增大。其中KH-550较其它三种偶联剂对胶料的拉伸强度改善较为明显，当KH-550用量为6.0份时，胶料具有最佳拉伸强度为23.0MPa，较未改性的胶料的拉伸强度提高了89%。这可能是由于KH-550、KH-792WD-60和HG-305与白炭黑表面活性基团之间发生了反应，改善白炭黑与橡胶基体之间的相容性，KH-792由于分子链中含有两个氨基，能够与白炭黑更容易产生氢键，使白炭黑与橡胶分子间的作用力更强，增强效果更佳；HG-305较其它偶联剂改性的胶料的差，可能是因为HG-305中双键交联，导致S的量不足，强度降。