焦富強(qiáng)，姚亮，王艷秋，王國(guó)志

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221100）

NBR/WRP/EP復(fù)合材料的性能研究

Properties of NBR / WRP / EP composites

焦富強(qiáng)，姚亮，王艷秋，王國(guó)志

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221100）

通過采用機(jī)械共混法制備NBR/WRP/EP復(fù)合材料。研究了環(huán)氧樹脂的用量對(duì)NBR/WRP/EP復(fù)合材料的工藝性能、物理機(jī)械性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著環(huán)氧樹脂用量的增加，膠料的門尼黏度和物理機(jī)械下降；但是經(jīng)過二段硫化后，膠料的物理機(jī)械性能提高。

復(fù)合材料；門尼黏度；物理機(jī)械性能；二段硫化

膠粉（waste rubber powder，WRP）是指廢舊橡膠制品經(jīng)粉碎加工處理而得到的粉末狀橡膠材料，是一種特殊具有彈性的粉體材料，具有粉體材料的基本特征，是制造再生膠的中間物，被用來直接添加到橡膠中或取代生膠［1～3］。

膠粉的綜合利用是解決橡膠產(chǎn)生的“黑色污染”的重要途徑之一，可以起到節(jié)省資源、降低成本等目的。和再生膠利用方法相比，膠粉的制造方法不用脫硫，不會(huì)產(chǎn)生二次污染［4～6］。膠粉少量加入到橡膠中雖然可以改善物理機(jī)械性能和加工性能，但是當(dāng)大量的應(yīng)用到橡膠中會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能降低，并導(dǎo)致工藝性能變差［7～9］。

環(huán)氧樹脂（EP）是一種反應(yīng)中間體，常溫下是一種黏稠的液體，且與丁腈橡膠（NBR）具有一定的相容性，具有反應(yīng)型增塑劑的特性，因此本文對(duì)NBR/ WRP/EP復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

丁腈橡膠（NBR），N41，中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司；膠粉（WRP），80目（180 μm），焦作市弘瑞橡膠有限責(zé)任公司；環(huán)氧樹脂（EP），E-51，南通星辰合成材料有限公司；炭黑（CB），N660，山西黑馬炭黑有限公司；三乙醇胺（TEA），分析純，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司；其他配合劑均為市售橡膠工業(yè)常用原材料。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

開煉機(jī)，SK-160，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；平板硫化機(jī)，YXE-25，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械制造有限公司；轉(zhuǎn)矩流變儀，XSS-300，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；拉力機(jī)，AI-7000-GD，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；門尼黏度儀，GT-7080-S2，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司；老化實(shí)驗(yàn)箱，401A，上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠。

1.3 試樣制備

1.3.1 實(shí)驗(yàn)配方

實(shí)驗(yàn)配方如表1所示。

1.3.2 試樣膠制備

母膠制備：將N41、膠粉、古馬隆、S、ZnO、SA、防RD、N660混煉均勻，制成母膠備用。

混煉膠制備：取一定量的母膠，然后加入E51（或E51與TEA的混合物）和CBS、TT，混煉均勻，然后薄通5次（打三卷兩包），最后下片。

硫化膠制備：在160 ℃×5 min×10～15 MPa條件下，進(jìn)行試樣的制備。

表1 實(shí)驗(yàn)配方

1.4 性能測(cè)試

按照GB/T 528—2009測(cè)定拉伸性能，拉伸速度為500 mm/min；按照GB/T 529—2008測(cè)定直角撕裂性能，拉伸速度為500 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂的用量對(duì)門尼黏度的影響

稱取一定量的混煉膠，在門尼黏度儀中測(cè)定其門尼黏度，測(cè)試溫度為100 ℃，轉(zhuǎn)子為大轉(zhuǎn)子，測(cè)試時(shí)間為5 min（預(yù)熱1 min，測(cè)試4 min）。

軟化增塑劑是影響膠料黏度的主要因素之一，它能顯著地降低膠料黏度，改善膠料的工藝性能［10］。從表2中可以看出，環(huán)氧樹脂對(duì)NBR/WRP有著增塑的作用，且隨著環(huán)氧樹脂用量的增加門尼黏度逐漸縮小，加工性能變好。與純環(huán)氧樹脂相對(duì)比，加入混有三乙醇胺的環(huán)氧樹脂后，膠料的門尼黏度更低，這可能是三乙醇胺黏度比環(huán)氧樹脂更低，增塑作用更好的緣故。

2.2 環(huán)氧樹脂用量對(duì)物理機(jī)械性能的影響

表2 環(huán)氧樹脂用量對(duì)門尼黏度的影響

軟化增塑劑能夠降低分子間的作用力，使分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力提高，從而使膠料變得柔軟，定伸應(yīng)力降低，拉斷伸長(zhǎng)率提高。從表3中可以看出，隨著環(huán)氧樹脂用量的增加，硫化膠的拉斷伸長(zhǎng)率逐漸提高，定伸應(yīng)力逐漸降低。

適當(dāng)?shù)募尤胍恍┸浕瘎?，可以提高填料的分散性，提高膠料的力學(xué)強(qiáng)度，但是超過其最佳用量后，會(huì)使力學(xué)強(qiáng)度降低。從表3中可以看出，由于環(huán)氧樹脂的用量較高，膠料的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度隨環(huán)氧樹脂用量的增加均產(chǎn)生下降，尤其拉伸強(qiáng)度。

對(duì)比加入純環(huán)氧樹脂的膠料，加有混入三乙醇胺的環(huán)氧樹脂膠料的拉伸強(qiáng)度和定伸應(yīng)力更低，但伸長(zhǎng)率較大。

2.3 二段硫化工藝對(duì)性能的影響

將試樣放入熱氧老化箱進(jìn)行二段硫化，條件為溫度120 ℃，時(shí)間24 h。經(jīng)過二段硫化后，試樣的表面不在發(fā)黏，尤其是環(huán)氧樹脂用量較大的配方，可能是環(huán)氧基在長(zhǎng)時(shí)間高溫條件下發(fā)生了開環(huán)反應(yīng)，產(chǎn)生了交聯(lián)或接枝反應(yīng)，使環(huán)氧樹脂固化，使其遷移性下降，試片表面不在發(fā)黏。其物理機(jī)械性能變化如表4所示。

未加環(huán)氧樹脂的配方經(jīng)過二段硫化后，膠料進(jìn)一步產(chǎn)生了硫化，膠料的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力都產(chǎn)生了大的提高，伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度下降。

加入環(huán)氧樹脂的配方經(jīng)二段硫化后，拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度也都產(chǎn)生了提高，而且撕裂強(qiáng)度也有所提高；拉斷伸長(zhǎng)率長(zhǎng)生了下降。這可能是由于膠料交聯(lián)密度的提高以及環(huán)氧樹脂的固化所產(chǎn)生的綜合作用所致。

表3 環(huán)氧樹脂用量對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響

表4 二段硫化工藝對(duì)膠料物理機(jī)械性能的影響

3 結(jié)論

（1） 在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨環(huán)氧樹脂含量的增加，混煉膠門尼黏度降低，工藝性能變好；

（2） 隨環(huán)氧樹脂含量的增加，一段硫化膠料的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度下降，拉斷伸長(zhǎng)率提高；

（3）經(jīng)過二段硫化后，膠料拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度提高，撕裂強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率下降，但是加有環(huán)氧樹脂的膠料的撕裂強(qiáng)度提高。

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（R-02）

TQ333.7 TQ335

1009-797X（2015）23-0009-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.23.003

焦富強(qiáng)（1981-），男，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料系講師，長(zhǎng)期從事高分子材料技術(shù)與加工專業(yè)的研究。

2015-03-15