SBR與NR和BR并用橡膠力學(xué)性能研究

康永

(榆林市瀚霆化工技術(shù)開發(fā)有限公司，陜西 榆林 718100)

將兩種橡膠或者兩種以上的橡膠進行摻混，制備出具有特殊性能或者疊加性能的成品稱之為橡膠并用。天然橡膠(NR)與順丁橡膠(BR)的并用是橡膠共混的經(jīng)典體系。天然橡膠是綜合性能最優(yōu)的橡膠，其主要成分是順式-1,4-聚異戊二烯，還含有5%～8%的非橡膠烴成分。順丁橡膠局域彈性好、耐低溫、生熱少等優(yōu)點，但其強度低、抗?jié)窕?，因此常和其他橡膠摻混。

目前，國內(nèi)學(xué)者在SBR/NR/BR并用橡膠方面的研究比較多，而且在該領(lǐng)域取得了深入的理論積淀和多樣制備方式的探索。如楊玉瓊[1]研究了NR/ESBR/BR并用比、促進劑種類和抗硫化還原劑對胎面膠硫化性能的影響。隨著ESBR用量的減少，共混膠MH逐步增大，硫化速率加快；在NR/ESBR/BR體系中，加入促NOBS的膠料焦燒時間較長，硫化速率較慢；加入促CZ的膠料焦燒時間較短，硫化速率較快；抗硫化還原劑WK-901對NR/ESBR/BR體系作用效果明顯；ESBR用量越大，抗硫化還原性能就越好。

馬連湘等人[2]的研究發(fā)現(xiàn)，NR/SBR/BR的并用比為60/20/20有良好的濕抓著性、低的滾動阻力和生熱率，炭黑N121比N115的滾動阻力和生熱率都小，濕抓著性良好。該研究為輪胎胎面膠料配方提供了參考，同時為輪胎溫度場的研究提供物性參數(shù)生熱率。

古菊等人[3]混煉制備WNC/CB/NR/SBR/BR復(fù)合材料，研究了WNC部分替代CB對NR/SBR/BR并用膠性能的影響。與45份 CB補強并用膠相比，添加WNC的復(fù)合材料的Payne效應(yīng)顯著降低，加工性能得到明顯改善，力學(xué)性能基本保持，壓縮生熱下降了18.4%，壓縮疲勞變形總體都小于5%；添加5～10份WNC的復(fù)合材料抗屈撓龜裂性得到保持，WNC為5份時復(fù)合材料的耐磨耗性得到保持；隨著WNC替代CB量的增加，復(fù)合材料0℃時的損耗因子tanδ先增后減，60℃的tanδ逐漸下降；質(zhì)量損失5%時的溫度逐漸下降，最大質(zhì)量損失速率溫度變化不大；WNC的加入有利于保持復(fù)合材料的老化性能。少量的WNC在橡膠基體中分散良好，與基體界面結(jié)合緊密。

因此，本文在前人的研究基礎(chǔ)上，深度探索T2000R與NR和BR并用性能，以期改善相關(guān)橡膠性能上的不足以及加工性能較差等問題。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

表1為實驗所用材料。

表1 實驗主要試劑

1.2 實驗儀器

表2為實驗所用儀器設(shè)備

表2 實驗主要設(shè)備

1.3 實驗工藝及路線

1.3.1 混煉工藝

實驗采用密煉機煉膠，煉膠采用兩段法，即先用密煉機將生膠和除硫磺、促進劑之外的配合劑混煉，得到母煉膠，用開煉機下片之后，將母煉膠停放一定的時間。

1.3.2 開煉工藝路線

母煉膠(塑煉，薄通6次)→硫化體系(吃完料后，左右3/4各割3刀)→打三角包6次→排氣下片。

1.3.3 密煉工藝路線

提起上頂栓→加入生膠→壓下上頂栓(30～50 min)→提起上頂栓→加入配合劑和2/3炭黑→壓下上頂栓(50～60 min)→提起上頂栓→加入剩余1/3炭黑→壓下上頂栓(30 min)→提起上頂栓，隨后壓下(30 min)→提起上頂栓，隨后壓下(扭矩值開始平穩(wěn))→將上頂栓提起一半(掃車)→壓下上頂栓(30～50 min)→提起上頂栓→開啟下頂栓，排料→開煉機下片后，停放。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 T2000R與NR的并用性能

2.1.1 T2000R與NR并用比例對膠料拉伸性能的影響

由圖1可以看出：在丁苯橡膠與天然橡膠的并用過程中，隨著NR并用量的增加，硫化膠的拉伸強度有了很大的提高。比較T2000R和1502與NR的并用性能，可以發(fā)現(xiàn)，1502純膠硫化膠的拉伸強度比T2000R的高，隨著NR并用量的增加，T2000R和1502硫化膠的拉伸強度逐漸接近，當(dāng)NR的用量達到80份時，兩者的拉伸強度基本相同，因此通過與NR并用，可以明顯改善T2000R拉伸強度的不足，縮小與1502的拉伸強度的差距。

圖1 SBR/NR并用比例對膠料拉伸強度的影響

由圖2可以看出，隨著NR用量的增加，T2000R和1502硫化膠的100%和300%定伸應(yīng)力均呈緩慢下降的趨勢，這主要是因為NR的定伸應(yīng)力較低的緣故。且1502/NR并用膠的定伸應(yīng)力高于T2000R/NR并用膠的。

圖2 SBR/NR并用比例對膠料定伸應(yīng)力的影響

由圖3可以得知：隨著NR用量的增加，NR/SBR硫化膠的斷裂伸長率有了很大的提高，這與NR分子鏈的柔順性高有關(guān)。且T2000R/NR硫化膠的斷裂伸長率稍高于1502/NR的，這可能與T2000R的分子量較高有關(guān)。

圖3 SBR/NR并用比例對膠料斷裂伸長率的影響

2.1.2 T2000R與NR并用比例對膠料撕裂強度的影響

由圖4可以看出，SBR/NR硫化膠的撕裂強度隨著NR的用量的增加，呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，在并用量為60/40時出現(xiàn)最低點，這可能是因為膠料并用，破壞了膠料結(jié)構(gòu)的均勻性所致[4～9]。

圖4 SBR/NR并用比例對膠料撕裂強度的影響

2.1.3 T2000R與NR并用比例對膠料硬度的影響

圖5可以看出，在整體的趨勢上，隨著NR用量的增加硬度是逐漸降低的。

2.1.4 T2000R與NR并用比例對膠料耐屈撓疲勞性能的影響

從圖6中可以看出，隨著NR并用量的增加，T2000R/NR和1502/NR硫化膠的耐初始裂口性能基本呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，而耐裂紋增長性能則呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，這主要是由NR膠料的耐屈撓疲勞特性引起的。

圖5 SBR/NR并用比例對膠料硬度的影響

圖6 SBR/NR并用比例對膠料耐屈撓疲勞性能的影響

2.1.5 T2000R與NR并用比例對膠料耐磨耗性能的影響

由圖7可以看出，純的T2000R硫化膠的耐磨耗性能比1502的差。隨著NR并用量的增加， T2000R/NR硫化膠的耐磨耗性能下降后增加，并用比例為40/60、20/80時并用膠的耐磨耗性能優(yōu)于純的T2000R和NR硫化膠的。而1502/NR硫化膠的耐磨耗性能隨著NR并用量的增大而逐漸下降，由此說明T2000R與NR具有良好的并用性，并用NR后可明顯改善T2000R性能的不足，并縮小與1502性能的差距。

2.1.6 T2000R與NR并用比例對膠料壓縮疲勞性能的影響

從圖8中可以看出，純的T2000R硫化膠的壓縮疲勞溫升高于1502硫化膠的。隨著NR并用量的增加，兩種并用膠的壓縮疲勞的溫升均急劇下降，這主要是由NR的低生熱特性引起的。另外，隨著NR的并用量的增加，T2000R/NR與1502/NR并用膠的壓縮疲勞溫升的差距逐漸縮小，當(dāng)并用量達到60/40時，兩種并用膠的壓縮疲勞溫升基本接近。

圖7 SBR/NR并用比例對膠料耐磨耗性能的影響

圖8 SBR/NR并用比例對膠料耐壓縮疲勞溫升的影響

2.2 T2000R與BR并用性能

2.2.1 T2000R與BR并用比例對膠料拉伸強度的影響

由圖9～10可以看出：隨著BR并用量的增加，SBR/BR硫化膠的拉伸強度逐漸降低，這是因為BR本身的強度低于SBR的。另外，隨著BR并用量的增加，1502/BR并用膠的拉伸強度的降低速度大于T2000R/BR，說明T2000R與BR的并用性好于1502的。另外，隨著BR的增加，SBR/BR硫化膠的斷裂伸長率逐漸減小。

2.2.2 T2000R與BR并用比例對膠料硬度的影響

由圖11可以看出，在整體的趨勢上，隨著BR用量的增加，硫化膠的硬度是逐漸降低的。

圖9 SBR/BR并用比例對膠料拉伸強度的影響

圖10 SBR/BR并用比例對膠料斷裂伸長率的影響

圖11 SBR/BR并用比例對膠料硬度的影響

2.2.3 T2000R與BR并用比例對膠料撕裂強度的影響

由圖12可以看出：隨著BR用量的增加，SBR/BR硫化膠的撕裂強度逐漸降低，且T2000R/BR并用膠的撕裂強度的下降速度稍高于1502/BR并用膠的，但差距不大。這可能是因為并用組分中，BR和SBR的相容性較差，容易形成應(yīng)力集中點，而且BR的強度較低，所以隨著BR的加入，SBR/BR的撕裂強度不斷的降低[10～11]。

圖12 SBR/BR并用比例對膠料撕裂強度的影響

2.2.4 T2000R與BR并用比例對膠料耐屈撓疲勞性能的影響

由圖13可以看出，當(dāng)SBR/BR的并用比例為20/80和80/20時，兩種并用膠的耐屈撓疲勞性能均高于純的SBR硫化膠的，且T2000R/BR硫化膠的耐屈撓疲勞性能明顯高于1502/BR的；當(dāng)SBR/BR的并用比例為60/40時，兩種并用膠的耐屈撓疲勞性能均變差，這可能是由于兩種膠料并用量接近時，破壞了膠料分子結(jié)構(gòu)的連續(xù)性的原因；但是，1502/BR并用膠的耐裂口增長性能高于T2000R/BR并用膠的。

圖13 SBR/BR并用比例對膠料耐屈撓疲勞性能的影響

2.2.5 T2000R與BR并用比例對膠料耐磨耗性能的影響

由圖14可以看出：隨著BR用量的增加，硫化膠的磨耗體積不斷減少，硫化膠的耐磨耗性能提高，這與BR膠的耐磨耗性能優(yōu)良有關(guān)。

圖14 SBR/BR并用比例對膠料磨耗性能的影響

3 結(jié)論

（1）當(dāng)SBR/BR的并用比例為20/80和80/20時，兩種并用膠的耐屈撓疲勞性能均高于純的SBR硫化膠的，且T2000R/BR硫化膠的耐屈撓疲勞性能明顯高于1502/BR的。

（2）隨著BR用量的增加，SBR/BR硫化膠的撕裂強度逐漸降低，且T2000R/BR并用膠的撕裂強度的下降速度稍高于1502/BR并用膠的。

（3）隨著NR并用量的增加， T2000R/NR硫化膠的耐磨耗性能下降后增加，并用比例為40/60、20/80時并用膠的耐磨耗性能優(yōu)于純的T2000R和NR硫化膠的，而1502/NR硫化膠的耐磨耗性能隨著NR并用量的增大而逐漸下降。

（4）SBR/NR硫化膠的撕裂強度隨著NR的用量的增加，呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢，在并用量為60/40時出現(xiàn)最低點。

（5）隨著NR用量的增加，NR/SBR硫化膠的斷裂伸長率有了很大的提高，這與NR分子鏈的柔順性高有關(guān)。且T2000R/NR硫化膠的斷裂伸長率稍高于1502/NR的。

（6）隨著NR并用量的增加，T2000R和1502硫化膠的拉伸強度逐漸接近，當(dāng)NR的用量達到80份時，兩者的拉伸強度基本相同。