偶联剂Si69用量对硫化胶物理性能的影响_周宏斌

偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的影响 周宏斌 董方清 (桦林集团有限公司 157032) 贾红兵 张士齐 (南京理工大学化工学院 210094) 摘要 研究了偶联剂 S i69用量对硫化胶物理性能的影响。试验结果明:当 S i69用量达到 210份 (即白炭黑用量的 20% )时,硫化胶的交联密度、100%和 300%定伸应力、邵尔 A 型硬度最大,耐磨性能 最好;当 Si69用量为 110和 310份(即分别为白炭黑用量的 10%和 30% ) 时,硫化胶的拉伸强度和扯断 伸长率最大;当 Si69用量为 110份时,硫化胶的耐疲劳性能最好; Si69用量对耐热氧老化性能的影响不 大。 关键词 偶联剂 S i69,硫化胶,交联密度,磨耗,疲劳 偶联剂 Si69 通常用于轮胎的胎面胶及 某些特殊制品中。它的最主要作用就是改性 白炭黑,从而改善填充白炭黑胶料的许多性 能。偶联剂 Si69用量与白炭黑用量之间似 应有一个适当的比例关系, 从而使胶料性能 达到产品设计要求。文献[ 1]也提到了 Si69 的用量应适当, 用量太多反而不好。因此,通 过测试 Si69不同用量下胶料的物理性能,可 知其用量对胶料物理性能的影响,以利于配 方设计人员根据产品的性能要求选择最佳用 量。 1 实验 111 主要原 NR, 5 # 颗粒胶,海南产;沉淀法白炭黑, 苏州东吴化工厂产品;偶联剂 Si69,化学名称 为双 [ 3- (三乙氧基甲硅烷基)丙基]-四硫化 物,分子式为( C2H5O) 3 ) Si ) ( CH 2) 3 ) S4 ) ( CH2) 3 ) Si ) ( C2H5O) 3, 南京曙光化工厂产 品; 硫化剂 DT DM, 上海南汇县瓦屑化工厂 产品 ; 促进剂NS , 山东青岛海洋化工厂产 品。 作者简介 周宏斌,男, 27岁。硕士,助工。已发表论 文 2篇。 112 试验配方 NR 100;促进剂 NS 110;硫化剂 DT- DM 110; 硫黄 110; 氧化锌 510; 硬脂酸 210; 炭黑 N330 5510; 白炭黑 1010; 40# 机油 510; 防老剂 RD 115; 防老剂 4010NA 110;偶联剂 Si69 变量。 113 试样制备 在 XK-160型开炼机上按如下加料顺序 进行混炼(时间为 30 min左右) : 生胶塑炼y 小料 y炭黑+ 1/ 2白炭黑 y偶联剂Si69 y 1/ 2白炭黑y油 y促进剂+ 硫黄 y薄通、下 片。胶片经停放、冷却后,用 LH- Ò 型硫化仪 测定正硫化时间,并依此在 50 t 电热平板硫 化机上进行硫化,制取试样。 114 试验方法 拉伸试验在 XLL-250 型拉力试验机上 进行, 拉伸速度为 500 mm#min- 1; 硬度用 LX-A 型橡胶硬度计测定; 老化试验采用 401A型鼓风式老化箱;耐磨性能采用阿克隆 磨耗试验机测定;屈挠疲劳试验采用 PL-140 型疲劳试验机(转速为 300 r#min- 1)测定,上 下夹具间距最大 76 mm, 最小 19 mm, 记录 刚出现裂口和断裂时的屈挠次数。 交联密度是以苯为溶剂( V = 8914 cm3# mol- 1, L= 0143, Qv = 01880 g#cm- 3 ) , 采用 597第 10 期 周宏斌等1 偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的影响 溶胀法进行测定。其方法是先用分析天平称 取一小块硫化胶(约 015 g) ,用细绳将试样悬 挂浸入苯溶剂中,不许试样与容器壁发生接 触,溶胀 72 h后取出, 并立即称量质量, 按公 式[ 2]进行计算。 115 性能测定 拉伸强度按 GB 528 ) 82 进行测定; 撕 裂强度按 GB 530 ) 81 测定; 硬度按 GB 531 ) 81测定; 耐磨性能按 GB 1689 ) 82测 定;拉伸疲劳试验按 GB 1688 ) 86测定。 2 结果与讨论 偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的 影响见表 1。 表 1 偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的影响 项 目 配 方 编 号 1 2 3 4 5 S i69用量/份 110 115 210 215 310 硫化时间( 142 e ) / min 20 22 20 21 19 拉伸强度/ MPa 2113 2012 2015 2013 2119 100%定伸应力/ MPa 312 315 413 317 217 300%定伸应力/ MPa 1716 1718 1912 1911 1615 扯断伸长率/ % 367 333 326 347 360 邵尔 A 型硬度/度 67 68 70 67 69 交联密度 @ 104/ ( mol#g- 1) 114235 119103 210920 210537 116764 磨耗量/ [ mm3#( 1161km) - 1] 8413 11819 5915 7313 7116 屈挠次数 出现裂口时 25 000 10 000 ) 25 000 15 000 断裂时 260 000 250 000 ) 240 000 240 000 拉伸疲劳断裂时间/ min 20 ) 8 10 19 100 e @ 48 h 老化后 拉伸强度/ MPa 1516 1616 1517 1610 1511 100%定伸应力/ MPa 4130 4170 4180 4140 4198 扯断伸长率/ % 263 230 223 233 276 邵尔 A 型硬度/度 75 78 78 76 80 100 e @ 72 h 老化后 拉伸强度/ MPa 8150 7170 7130 7197 8130 100%定伸应力/ MPa 3190 3190 3190 3160 3198 扯断伸长率/ % 180 167 153 180 180 邵尔 A 型硬度/度 73 74 74 72 74 211 对交联密度、100%和 300%定伸应力 的影响 Si69用量对交联密度、100%和 300%定 伸应力的影响见图 1。由图 1 可见, 随着 Si69用量的增大, 交联密度增大,当 Si69用 量达到 210份(即白炭黑用量的 20%)时,交 联密度最大。当 Si69用量继续增大时,交联 密度开始下降。这是因为 Si69在起偶联作 用时,一端与橡胶分子结合,而另一端与白炭 黑结合, 这样橡胶大分子间通过白炭黑和 Si69形成了交联网络。当Si69用量超过 210 份以后, 一定量的 Si69 不起偶联作用, 只是 填充于交联网络中,从而使交联密度降低。 在扯断伸长率不是很大的情况下,定伸 应力与交联密度成正比。因此 100% 和 300%定伸应力受 Si69用量的影响基本上与 交联密度所受影响一致。 212 对拉伸强度的影响 Si69用量对拉伸强度的影响见图 2。由 图 2可见, 当 Si69用量最少( 110份)和最多 ( 310份) 时, 硫化胶的拉伸强度较大; 而当 Si69用量处于二者之间时, 硫化胶的拉伸强 598 橡 胶 工 业 1997年第 44 卷 图 1 交联密度、100%和 300%定伸应力与 Si69 用量的关系 图 2 拉伸强度与 Si69 用量的关系 度较小。 根据炭黑的补强机理可知,填充炭黑的 硫化胶在拉伸时,大分子可在炭黑表面滑动, 使多个大分子共同承担应力。在填充了部分 经 Si69偶联的白炭黑后, 大分子仍可在炭黑 表面滑动[ 2] , 而白炭黑粒子可能会与多个大 分子偶联,这样大分子滑动时,会因偶联作用 而受到另一些大分子的束缚。当 Si69用量 较少时,白炭黑粒子上偶联的大分子少,受束 缚小, 易滑动取向,应力分布均匀,因而拉伸 强度较大。随着 Si69用量的增大, 白炭黑粒 子上偶联的大分子数量增多, 受束缚大,不易 滑动,应力分布不均匀,拉伸强度下降。而当 Si69用量继续增大,过量的 Si69填充于网络 中,使得分子链易滑动取向, 应力分布均匀, 拉伸强度增高。 213 对扯断伸长率的影响 扯断伸长率与交联密度成反比,即随着 交联密度的增大, 扯断伸长率下降。由图 3 可见, 随着 Si69用量的增大, 硫化胶的扯断 伸长率先是下降; 当 Si69 用量达到 210 份 时,硫化胶的扯断伸长率最小; 随着 Si69用 量的继续增大,硫化胶的扯断伸长率提高。 图 3 扯断伸长率与 Si69 用量的关系 214 对硬度的影响 一般来说,硬度与交联密度成正比,因此 随着 Si69用量的增大,硬度的变化与交联密 度的变化基本一致, 即先是增大, 当 Si69用 量超过 210份后硬度开始减小(见图 4)。 图 4 邵尔 A型硬度与 Si69用量的关系 215 对耐热氧老化性能的影响 在热氧老化过程中, 主要是主链和交联 键断裂,从而引起性能的下降。Si69主要起 偶联作用,因此 Si69用量对硫化胶耐热氧老 化性能的影响不大。 599第 10 期 周宏斌等1 偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的影响 216 对耐磨性能的影响 Si69用量对耐磨性能的影响见图 5。由 图5可见, 当 Si69 用量为 210 份时, 硫化胶 的耐磨性能最好。这是因为阿克隆磨耗主要 是指磨损磨耗, 而胶料的定伸应力大,摩擦表 面凸起部分压入橡胶内的深度减小, 减弱了 剪切应力, 从而提高了耐磨性能[ 3]。当 Si69 用量为白炭黑用量的 20% 时, 定伸应力最 大,耐磨性能最好。 图 5 磨耗量与 Si69 用量的关系 217 对耐疲劳性能的影响 Si69用量对耐疲劳性能的影响见表 1。 由表 1可见, Si69用量不同,硫化胶耐疲劳性 能的变化没有明显的规律性, 这可能与屈挠 疲劳试验误差较大有关。当 Si69用量为 110 和 215份时,同时出现裂口,而用 110份 Si69 时,屈挠疲劳的断裂时间要比用 215份的长, 说明 Si69用量为 110份时,硫化胶的耐屈挠 疲劳性能最好。从表 1还可见,当 Si69 用量 为 110份时,硫化胶的拉伸疲劳断裂时间最 长。总之, Si69用量为 110份(即为白炭黑用 量的 10% )时, 硫化胶的耐屈挠疲劳性能最 好。 3 结论 (1)当 Si69 用量为白炭黑用量的 20% 时,硫化胶的交联密度、100%和 300%定伸 应力及邵尔 A 型硬度最大, 耐磨性能最好; 而当 Si69用量为白炭黑用量的 10%和 30% 时,硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率最大。 ( 2) Si69用量对硫化胶的耐热氧老化性 能的影响不大。 (3)当 Si69 用量为白炭黑用量的 10% 时,硫化胶的耐疲劳性能最好。 总之,当 Si69用量为白炭黑用量的 10% ~ 20%时,硫化胶的综合性能最好。 参考文献 1 朱玉俊 1 弹性体的力学改性 1 北京:科学技术出版社, 19921157 2 刘卫东 1 硫化胶力学性能、形态及其微观结构的研究: [学位论文]1 南京:南京理工大学化工学院, 1994 3 布罗茨基,耶夫基特拉托夫,沙赫诺夫斯基,等 1橡胶磨 耗 1 唐云峰,李树尔,唐绍禹,等译 1 北京:化学工业出 版社, 1980176 收稿日期 1997-04- 06 欢迎订阅 1998年5粘接6杂志 5粘接6杂志是公开发行的、国内创刊最 早的、粘接理论与应用技术相结合的专业性 期刊。主要报道国内外先进的粘接理论和最 新的研制技术以及应用情况, 详细介绍各类 胶粘剂的生产配方、工艺和应用技术,提供与 之相关的技术、经济信息。本刊设置栏目多、 信息量大、内容丰富、阅读对象广泛。 5粘接6杂志为双月刊, 16开 64页, 9万 余字, 年价 42100元。国际刊号 ISSN 1001- 5922,国内刊号 CN 42-1183/ TQ,邮发代号: 38-40,全国各地邮局(所)均可办理订阅, 亦 可直接汇款至编辑部邮订。 本刊愿为化工供、需厂家服务,承接国内 外广告业务。 编辑部地址:湖北襄樊市春园路 8号 邮编: 441003 电话: 0710-3243311 传真: 0710-3247918 5粘接6编辑部 600 橡 胶 工 业 1997年第 44 卷