偶聯(lián)劑對凹凸棒土/三元乙丙橡膠復(fù)合材料性能的影響

王國志，劉曉蕾，姚 亮，宋帥帥，季佳佳

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

凹凸棒土（AT）簡稱凹凸土，是一種層鏈狀過渡結(jié)構(gòu)的以含水富鎂硅酸鹽為主的粘土，其化學(xué)分子式為Mg5Si8O20（OH）2（OH2）4·4H2O，我國1979年首次發(fā)現(xiàn)AT。AT的最小結(jié)構(gòu)單元是直徑20～40 nm、長500～5000 nm的納米單晶，單晶平行排列形成晶束，晶束相互聚集形成聚集體。從結(jié)構(gòu)上看，AT是高分子材料的理想補(bǔ)強(qiáng)劑。相對于炭黑和白炭黑等傳統(tǒng)填料，AT儲量豐富，價格低廉，市場發(fā)展前景良好。但是作為無機(jī)納米填料，AT在聚合物基體中很難分散，且界面結(jié)合力差，易發(fā)生相分離。若對其表面進(jìn)行有機(jī)化改性，可以改善其在高分子材料中的相容性、分散性和親和性，并得到綜合性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料[1-3]。

近20年來，乙丙橡膠已成為七大合成橡膠中發(fā)展最快的品種，其年消耗量僅次于丁苯橡膠、順丁橡膠而成為第三大合成橡膠。與一般合成橡膠相比，三元乙丙橡膠（EPDM）牌號繁多，加工技術(shù)復(fù)雜，填料直接影響EPDM膠料的性能和成本[4-5]。研究表明[6]，AT/EPDM復(fù)合材料的物理性能優(yōu)于輕質(zhì)碳酸鈣（或陶土或炭黑）/EPDM復(fù)合材料。AT/EPDM復(fù)合材料具有各向異性，表現(xiàn)出纖維增強(qiáng)橡膠的明顯特征，應(yīng)用前景廣闊[7-10]。

本工作研究偶聯(lián)劑品種和用量對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

EPDM，牌號4045，中國石油吉林石化公司產(chǎn)品；AT，江蘇玖川納米材料科技有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，河南省固始縣鵬鑫鋅化有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑DM，TMTD和TS，中國石化南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；硫黃，浙江黃巖浙東橡膠助劑有限公司產(chǎn)品；石蠟油，蘭州市西固城有限公司產(chǎn)品；松香，濮陽市光璞石化有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開煉機(jī)、QLB-50D/Q型平板硫化機(jī)和660-1型單刀式切膠機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械廠產(chǎn)品；GT-M2000-A型無轉(zhuǎn)子硫化儀和GT-7080-S2型門尼粘度試驗機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；DL-2500N型電子式拉力試驗機(jī)，江都市新真威試驗機(jī)械有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.4 復(fù)合材料制備

將AT在100 ℃下干燥5 h。開煉機(jī)輥距調(diào)至最小，輥溫控制在60～70 ℃，加入EPDM塑煉至包輥，加入小料和AT混煉均勻，再加入促進(jìn)劑和硫黃混煉均勻，薄通后下片，停放，硫化。

1.5 性能測試

膠料性能測試按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 偶聯(lián)劑品種對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響

偶聯(lián)劑品種對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響見表2。從表2可以看出，與未添加偶聯(lián)劑的1#配方膠料相比，添加偶聯(lián)劑的2#～6#配方膠料MH增大，t10延長，老化前后的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度明顯增大，撕裂強(qiáng)度大幅提高，這是由于經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，AT比表面積增大，AT與橡膠基體間的作用增強(qiáng)，與橡膠的相容性提高。還可以看出，在添加偶聯(lián)劑的2#～6#配方膠料中，添加偶聯(lián)劑Si69的6#配方膠料硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度均較大，耐熱老化性能較好，這可能是發(fā)生了二次硫化所致?？偟膩砜矗砑优悸?lián)劑Si69的AT/EPDM復(fù)合材料性能較好。

表2 偶聯(lián)劑品種對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響

2.2 AT用量對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響

AT用量對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響見表3。從表3可以看出：隨著AT用量增大，膠料的ML和MH基本呈增大趨勢，t10和t90基本呈延長趨勢，老化前后硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度明顯增大；AT用量達(dá)到50份以上時，膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度雖仍然增大，但增幅降低，拉斷伸長率有所減小，這可能是由于AT用量增大到一定程度，其聚集成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，會阻滯高分子鏈段的運動。綜合來看，偶聯(lián)劑Si69用量為1份時，AT用量為50份較適宜。

表3 AT用量對AT/EPDM復(fù)合材料性能的影響

3 結(jié)論

（1）與未添加偶聯(lián)劑的AT/EPDM復(fù)合材料相比，添加偶聯(lián)劑的AT/EPDM復(fù)合材料性能明顯提高。

（2）在采用幾種常用偶聯(lián)劑的AT/EPDM復(fù)合材料中，添加偶聯(lián)劑Si69的復(fù)合材料性能較好。

（3）偶聯(lián)劑Si69用量為1份時，AT用量為50份的AT/EPDM復(fù)合材料性能較好。

我國AT儲量豐富，但是由于發(fā)現(xiàn)較晚，開發(fā)利用水平較低，以致于這種經(jīng)濟(jì)意義重大的礦藏還只限于用作一般填料，甚至以原土形式廉價地出口，造成資源浪費，采用改性等深加工方式生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品將是我國AT的發(fā)展方向。