閻家賓 (中橡集團沈陽橡膠制品研究設計院遼寧沈陽110021)編譯
摘要: 該文介紹了爆燃法納米炭黑(TAУ)與傳統的工業炭黑并用對異戊橡膠膠料工藝性能和流變性能的影響。
關鍵詞: 爆燃法納米炭黑;異戊橡膠;門尼粘度;流變性能
中圖分類號:TQ 330.38+1 文獻標識碼:B 文章編號:1671-8232(2006)07-0017-02
最近,人們對超分散性填充劑,特別對用爆燃法合成的納米炭黑的關注明顯增加。它的高結構活性與超分散填充劑能量結構特性密切相關,因而,使用這種爆燃法納米炭黑可大大改善彈性材料的性能。
該文的目的旨在研究規定成份的爆燃法納米炭黑的用量對通用的順式1,4-聚異戊二烯橡膠膠料流變性能的影響。
為此,曾選擇了以“鈦系”和“鑭系”催化體系制備的“無凝膠”СКИ-5和СКИ-3為研究對象,其門尼粘度不同(在65~80單位不等)。標準膠料采用布拉本德塑煉機制備,塑煉時間20min,溫度130℃,轉子旋轉頻率為1 s-1。制備方法早先在文獻中已經介紹,采用該方法可以按膠料的流變學參數預測實際膠料及其硫化膠的性能。
研究分別用三種類型的膠料進行:
(1)生膠加爐法炭黑П324(50~55質量份);
(2)生膠加炭黑П324(50質量份)+爆燃法納米炭黑(1~5質量份);
(3)生膠+納米炭黑(50質量份)
由專業企業生產的納米炭黑含有50%的金剛石粉末,其余為石墨和無定形碳。粉末的比表面積為390 m2/g。
根據獲得的塑性變形圖表計算了扭矩及其變化幅度。吸附時間t1和填料在生膠基質中的分散時間t2。加工指數按下列公式計算:λ=2(Mtor.max-Mtor.min)Mtor.max+Mtor.min混合能按下式計算:
W=∫10Mtortωdt
式中Mtor=(Mtor.max-Mtor.min)/2;t———混煉時間;
ω=2πn;n———r/s
混煉加工20 min后的扭矩幅度為A20=Mtor
20.max-Mtor20.min
工藝指數按以下公式計算:
λ20=2(Mtor20max-Mtor20min)Mtor20max+Mtor20min
極限扭矩值Mtor.max和Mtor.min以及Mtor20max和Mtor20min直接由可塑度曲線圖表確定。此外,還為標準膠料測定了門尼粘度,炭黑-橡膠凝膠含量。
膠料組成及性能列于表中。可見,當П324炭黑用量從50增加到55(質量份)時,第一種膠料(試樣1~6)的門尼粘度增大,吸附時間t1和分散時間t2縮短。必須指出,對于分子量更大的生膠(試樣3~6)未達到t2點。
在第二種膠料(試樣7~13)中加入1~5(質量份)的納米炭黑,與上述情況相反門尼粘度降低。同時,填料的吸附和分散時間縮短;圖1是所研究膠料的典型的可塑度曲線圖表。如圖1和表1中的數據所示,膠料的工藝性能隨納米炭黑用量的增加而得到明顯的改善,但λ值減小。與t2相對應的點都顯現在整個可塑度圖表上;與彈性體原始分子量無關,扭矩的幅度變小,從而證明,膠料的均勻性獲得改善。我們發現,當納米炭黑的用量為2.5質量份時,其效果最佳。
第三類膠料,即在異戊橡膠膠料(試樣14)中加入較多的納米炭黑(50質量份)時,與用量為50份П324炭黑的類似試樣(試樣5)相比,其門尼粘度提高得極快。此外,該試樣的可塑度曲線形狀也發生變化。因此,未出現表征第一種第二種膠料特性的t1和t2點。扭矩變化的幅度很高,實際上,它在整個混合時間內保持不變。從第六分鐘開始直到混煉結束,扭矩值保持恒定,制得的膠料是剛性的(可塑度為0.14)。炭黑-生膠凝膠的含量及其密度(試樣14)實際上與試樣13并無不同。這可能是試樣塑彈性能上的差異與其超分了構造的不同有關。
總之,將少量納米炭黑和工業炭黑并用,再加進膠料,這樣,可以改善異戊橡膠膠料的工藝性能和流變性能。顯然,這與納米炭黑的化學成份和結構參數有關。石墨含量多和構成納米炭黑粒子成份的超分散性,這些因素賦與其干潤滑性能,從而使大分子在變形方向上取向。單獨使用納米炭黑和大量使用納米炭黑都是不合適的。這是因為在膠料中含有的高活性納米金剛石微粒會對膠料的性能產生負面影響,使膠料變硬和變得無法加工。可以利用納米炭黑來防止和調節制備膠料時形成的彈性渦流。后者這一特點不僅對高分子量異戊橡膠而且對其它彈性體材料,其中包括傳統意義上的非工藝性材料都是特別重要的。
