1 實驗部分
1. 1 原材料
天然橡膠(NR) 國標1 # ,海南農墾產;丁苯橡膠(SBR) 1500 ,齊魯石化公司產;吸水樹脂(聚丙烯酸鈉) ,青島雙利化工有限公司產;其它配合劑均為工業級產品。
1. 2 實驗設備
開煉機S(X) K2160A ,青島化工機械廠;硫化測定儀GT2M20002A ,臺灣高鐵公司;電子拉力機
AI27000S ,臺灣高鐵公司;邵爾A 硬度計,上海化工機修四廠;電子天平GT2XB320M,臺灣高鐵公
司。
1. 3 試樣制備
膠料混煉加料順序為:NR 塑煉→NR/ SBR 共混→小料(促進劑、氧化鋅、硬脂酸、防老劑) →炭黑→吸水樹脂、軟化劑→硫黃,加料完畢后薄通6次,出片,停放24 h 后硫化試樣,硫化溫度為150℃。
1. 4 物性測試
在常溫(23 ℃) 蒸餾水中浸泡16 h ,取出后在70 ℃下烘干8 h ,再放到水中浸泡16 h ,再烘干8h , 如此反復浸水,烘干4 個循環周期后,測其硬度、拉伸強度、扯斷伸長率。拉伸性能按GB528/
T292 進行測試;硬度按GB/ T531292 進行測試。
吸水膨脹率的測定:將試樣放入50 ℃恒溫干燥箱中干燥至恒重,用天平稱其干重,然后浸沒到23 ℃恒溫蒸餾水中,每隔半小時取出試樣,用濾紙吸干表面水分,用天平稱重,直到吸水平衡,重量不再增加。吸水膨脹率以重量增加百分率表示,計算公式:吸水膨脹率= (試樣吸水后重量-試樣吸水前干重) / 試樣吸水前干重后×100 %。
2 結果與討論
2. 1 試驗因子和水平的確定
吸水膨脹橡膠不僅要求具有高的吸水膨脹率,而且還應具有較好的彈性、工藝性,并具有一定的強度,本實驗采用NR 與SBR 并用。
吸水樹脂是吸水膨脹橡膠組成的關鍵,吸水樹脂應粒度小、吸水率大、保持水的能力強、在橡膠中易分散、不易析出,本實驗采用聚丙烯酸鈉。另外吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率與膠料的定伸應力有密切的關系,而影響定伸應力的主要因素為交聯密度和補強填充劑的用量。因此,本實驗選取吸水樹脂、硫黃以及白炭黑為3 個因子及3 個水平變量(表1) ,采用正交實驗設計法定性和定量研究各因子對于吸水膨脹橡膠性能的影響。配方其余組分為: NR/ SBR 50/ 50 ;ZnO
5 ;SA 2 ; 促進劑CZ 1 ;促進劑M 1 ;防老劑D 1 ;石蠟015 ;機油8。
由于要考察的因子有3 個及其相對應的3 個水平,忽略了各因子之間的相互作用,所以選擇相應的正交表頭為L9 (34) 。進行9 次試驗,進行性能測試。實驗的安排與試驗數據如表2 所示。對表2 中每個因子的相同水平對應的試驗數據加和后取平均值,然后進行結果分析。
2. 2 結果與分析
吸水樹脂、硫黃以及白炭黑對試樣拉伸強度的影響見表3。由表中數據可知,隨白炭黑用量的增加,拉伸強度先增大后減小,出現最大值。隨吸水樹脂用量的增加試樣的拉伸強度降低,因為吸水樹脂與橡膠的親和性較差,容易在界面處出現缺陷,導致了拉伸強度的降低。硫黃用量對拉伸強度的影響則不是十分顯著。
吸水樹脂、硫黃以及白炭黑對試樣扯斷伸長率的影響見表4 ,由表中數據可知,隨白炭黑用量的增加,扯斷伸長率降低,當白炭黑用量在20~40 份時,扯斷伸長率下降不明顯, 而當白炭黑用量超過40 份時,扯斷伸長率隨白炭黑的用量增加而下降十分明顯。扯斷伸長率隨吸水樹脂用量的增加而下降,這是由于吸水樹脂在吸水前是剛性的,在外力的作用下,并不能隨著橡膠分子鏈的運動而發生形變,導致膠料的扯斷伸長率隨吸水樹脂用量的增加而降低。硫黃用量在此實驗中對扯斷伸長率的影響不很顯著。
吸水樹脂、硫黃以及白炭黑對試樣硬度的影響見表5 ,由表中數據可知,隨白炭黑用量的增加硬度隨之增加。吸水樹脂用量增加,硬度提高。硬度隨硫黃用量的增加而稍有增大,這是由于硫黃用量增大時交聯密度變大,相同的形變下所需應力變大(即定伸應力變大) ,故而硬度提高。
吸水樹脂、硫黃以及白炭黑對膠料吸水膨脹率的影響見表6 ,由表中數據可知,隨白炭黑用量增加,吸水膨脹率稍有增加,這可能是因為白炭黑表面含有極性基團,親水性強,另外用量提高后減少了硫化膠中橡膠大分子鏈的體積分數,因此減小了橡膠分子鏈對吸水樹脂的束縛作用。吸水樹脂用量增加,吸水能力增強,因此吸水膨脹率提高。硫黃用量增加后,交聯密度增大,交聯網絡對吸水樹脂吸水膨脹的束縛作用變大,使吸水膨脹率變小。
2. 3 方差分析
多因素設計方法能夠分析影響性能指標的因子的重要性或顯著性,采用F 檢驗,其數據見表7。0105(2 ,2) = 1910 , F011 (2 , 2) = 910 , 吸水樹脂的F比大于F0105 (2 ,2) ,說明其對試驗結果有顯著的影響,白炭黑和硫黃的F比均小于F011 (2 ,2) ,說明其對試驗結果的影響較小。
3 結 論
(1) 物理共混法制備的NR/ SBR 吸水膨脹橡膠的吸水膨脹率隨吸水樹脂用量增加而增大,物
理機械性能隨吸水樹脂用量增加而降低。
(2) 隨硫黃的用量增加吸水膨脹率減小。
(3) 補強劑用量對膠料的吸水膨脹性和物理機械性能影響較小。