偶联剂 Si69用量对硫化胶物理性能的影响
周宏斌 董方清
(桦林集团有限责任公司 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。试验结果表明: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
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
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
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
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
定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析
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
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