熊雷

微米级滑石粉补强丁腈橡胶的性能研究

王煦;吴金花;舒博钊;邱岳峰

【摘要】Inordertoreinforcethenitrilerubber(NBR)withthemicro-talc

powder,theeffectsoftheparticlesizeandthecontentandthesurface

treatmentbythesilanecouplingagentofthetalconthemechanical

ownthatthetalchas

betterreinforcementresultswhenitsparticlesizeisverysmallwithits

optimalcontentandNBRhasthetensilestrengthof13.5Mpaandthe

tearingstrengthof41.4kN/mwhenthetalchastheparticlesizeof2500

meshandthecontentof60phr,andthatthecomprehensivepropertiesof

NBRcanbefurtherraidwiththetearingstrengthof14.1Mpaandthe

/mwhenthesurfaceofthetalcistreatedby1%

(massconcentration)KH550,andthatthedispersivityandcompatibility

improvedbyKH550betweenthetalcandNBRhavebeenverifiedthrough

theSEM.%为使滑石粉补强丁腈橡胶(NBR),研究了滑石粉的粒径、用量和表面经

偶联剂处理时对NBR硫化胶的力学性能影响.结果表明:滑石粉在粒径很小、用量

适中时才显示较好的补强效果,2500目、60份时橡胶的拉伸强度为13.5MPa、

撕裂强度41.4kN/m;用质量分数为1％的KH550处理滑石粉,橡胶的综合性能获

得进一步提高,其拉伸强度可达14.1MPa、撕裂强度48.1kN/m,SEM分析指出这

与偶联剂改善了滑石粉在NBR中的分散性及相容性有关.

【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2012(034)002

【总页数】5页(P156-160)

【关键词】粉体;滑石粉;丁腈橡胶;补强;力学性能

【作者】王煦;吴金花;舒博钊;邱岳峰

【作者单位】西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学

材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成

都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500

【正文语种】中文

【中图分类】TQ333.7

滑石粉的主要成分为含水的硅酸镁，呈片状结构，具有优良的物理和化学特性[1]，

用于其他橡胶的补强已有不少研究。陈亚东等[2]研究了PUR弹性体/超细滑石粉

复合材料的结构与性能，取得了较好效果；李贞和等[3]利用滑石粉作为半补强填

料填充药用丁基橡胶，有效提高了硫化胶的撕裂性能、改善了其耐热性；PlankA

R[4]认为片状结构的滑石粉较无定形材料填充补强橡胶更优。而对丁腈橡胶

（NBR），除橡胶及橡塑并用之外[5，6]，常用炭黑、白炭黑及碳酸钙等填料来补

强其强度[7-10]。随着丁腈橡胶的广泛应用，对其补强填充体系要求越来越苛刻

[11-13]，开发新的补强材料是提高其性能的主要途径[14-16]。本文采用微米级滑

石粉作填料，研究了其粒径、用量及表面经偶联剂处理时对补强NBR硫化胶力学

性能的影响。

NBR，牌号CKH3365，俄罗斯产；滑石粉800目、1250目、2500目，工业

级，上海东南化工有限公司生产；硅烷偶联剂KH550，南京曙光化工总厂生产；

其他助剂均为工业级，浙江黄岩浙东橡胶助剂有限公司产品。

SK–160型双辊塑炼机和XLB–400型平板硫化机，上海齐才液压机械有限公司产

品；MZ–4000型拉力试验机、LX–A型橡塑邵尔硬度计和MZ–4102型冲片机，

江都市明珠实验机械厂产品；X–650扫描电子显微镜（SEM），日本Hitachi公

司产品。

样品的基本配方（单位：phr）为：NBR，100；氧化镁，5；氧化锌，5；防老剂

RD，0.5；防老剂4010，10；促进剂CZ，1；促进剂TMTD，5；硫磺，0.3；滑

石粉，变粒径、变量。

NBR加药混炼后在室温下放置一定时间，取一定量的试样在平板硫化机上于10

MPa压片，在165℃下保压15min。硫化胶在室温下放置24h后裁成标准试样

供性能测试。

拉伸性能按GB/T528—1998标准测试，试样为哑铃型，取标准中的I型；撕裂性

能按GB/T529—1999标准，用直角型试样；硬度按GB/T6031—1998标准，厚

度不低于6mm。将滑石粉填充NBR的硫化胶在液氮中冷却脆断，经真空镀膜处

理后用SEM观察样品断面形貌。

填料的粒径是粉体填料的重要性质，对填充聚合物的性能有较大影响。取滑石粉用

量为50份，分别考察了其粒径为800目、1250目和2500目时所填充NBR的

力学性能，结果表明：800目时硫化胶的拉伸强度为5.9MPa、撕裂强度为16.6

kN/m，几乎没有补强作用；1250目时硫化胶的性能略有提高，拉伸强度8.6

MPa，撕裂强度23.5kN/m，补强效果较弱；2500目时硫化胶的拉伸强度达

11.9MPa、撕裂强度34.5kN/m，具有一定的补强效果；而硫化胶的硬度随滑石

粉粒径减小而增大。滑石粉粒径太大，与橡胶大分子之间的作用力较差，且大颗粒

形成的少量团聚会造成较大缺陷[17]，从而降低硫化胶的力学性能；滑石粉粒径越

小，在NBR中的分散性越好，其界面相互作用越强，补强橡胶的效果也越好。故

以下选2500目的滑石粉作进一步实验。

NBR胶料中滑石粉含量不同，所形成复合材料的结构就不同，将导致不同温度下

其力学性能变化不一致。取100份胶料，加入滑石粉30～80份不等，考察了滑

石粉在不同用量时所填充NBR的力学性能，结果见图1。

由图1可见，随着滑石粉用量的增大：硫化胶的拉伸强度先逐渐增大，加量60份

时达极值13.5MPa，之后降低幅度不大，加量80份时为12.5MPa；扯断伸长率

先降低再上升，至加量50～60份间变化较小且保持在830%左右，而加量60份

后开始减小；撕裂强度先增大，加量60份时达41.4kN/m，之后逐步减小；硬度

逐渐提高，加量从30份至80份，硬度从65升至75。综合来看，滑石粉用量为

60份时NBR硫化胶的性能最好，其拉伸强度为13.5MPa、扯断伸长率为

835.5%、撕裂强度为41.1kN/m、硬度为69。

滑石粉是典型的结晶性无机填料，与橡胶的相容性不够好，故用偶联剂KH550湿

法处理滑石粉，考察了该偶联剂不同用量对60份滑石粉填充NBR硫化胶的性能

影响，结果见图2。

从图2可以看出，KH550用量增加，滑石粉填充NBR硫化胶的各项性能均有所

变化，比较处理前：拉伸强度在用量1%时增至14.1MPa；扯断伸长率总体下降

幅度较小；撕裂强度在用量1%时可达48.1kN/m，而其他情况均为42kN/m左

右；硬度处于69～71度范围。

总结可知，KH550用量为1%时，滑石粉填充NBR硫化胶的综合性能较好，对此

用SEM考察了该偶联剂处理前后滑石粉填充NBR硫化胶的断面微观形貌，结果

见图3与图4。由图3与图4可见，KH550处理的滑石粉在NBR中分散较均匀，

而未处理的有团聚现象；未处理的硫化胶中存在滑石粉与橡胶形成的孔洞及缝隙，

断面亮白片层也较多，而经处理的滑石粉与橡胶间的缝隙较少甚至被消除。这些说

明偶联剂改善了滑石粉的表面活性及滑石粉与橡胶大分子的相互作用，从而提高了

滑石粉与NBR的相容性。

（1）滑石粉的粒径、用量皆对所填充NBR硫化胶的性能有显著影响，在2500

目、60份时橡胶的力学性能可达较佳值，拉伸强度为13.5MPa、撕裂强度41.4

kN/m。

（2）用偶联剂KH550处理滑石粉，所填充NBR硫化胶的各项性能均有变化，用

量为1%时橡胶的综合性能获得进一步提高，拉伸强度可达14.1MPa、撕裂强度

48.1kN/m，这可能与偶联剂改善了滑石粉与NBR的相容性有关。

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