高岭土作橡胶填料的研究.docVIP

高岭土作橡胶填料的研究 001 （高分子材料与工程032班） 摘要　高岭土由于其本身性质的特珠性，极易在表面进行接枝改性，经硅烷偶联剂表面改性后的高岭土填料对橡胶具有较好的补强作用，其补强效果明显好于蛋白石，可部分代替白炭黑． 关键字　高岭土　蛋白石（碱）　天然橡胶　白炭黑 填料　 近年来，由于石油化工原料和各种树脂等原材料紧缺，使得各类聚合物制品的成本显著提高，迫使聚合物制品加工业转而寻求新的复合材料配方． 在塑料、橡胶等用的填充剂中，矿物填料不仅可以降低高分子的成本，而且可以改善高分子材料的某些性能，赋予材料新的特征，扩大其应用范围．因此，研究矿物填料在塑料、橡胶等有机高聚物中的应用具有经济、技术、生态意义． 高岭土[1]系煤炭伴生矿物，资源丰富，原料来源广，价格低廉．目前，国内对高岭土的开发利用还主要在陶瓷、耐火材料、造纸、涂料等方面．以高岭土为主要原料研制补强材料以替代橡胶中价格昂贵的补强剂白炭黑，是高岭土矿物综合利用的又一新途径． 由于高岭土等无机矿物表面固有的亲水疏油性，矿物在橡胶等有机聚合物中的浸润性差，不易分散，大量填充易导致材料机械性能下降．要提高高岭土在橡胶中的填充性能和补强效果，必须对填料进行增加表面活性的表面改性处理，使其表面的亲水性变为亲油性，以增强其与有机高聚物之间的界面相容性．在分析高岭土本身性质与补强性能的关系的基础上，采用硅酸酯偶联剂对高岭土进行表面处理，制得橡胶补强填料，并将该填料填充于橡胶中替代部分白炭黑，测定其对橡胶的补强作用． 1、实验部分 1.1原材料 天然橡胶（NR） 氧化锌（ZnO） 硬脂酸（HSt） 操作油 促进剂M 硫磺 硅烷偶联剂　　白炭黑． 蛋白石（碱）（JD）：SiO2·nH2O，用NaOH处理，粒径7微米． 高岭土（G）：SiO2 ：Al2O3 =49.25：44.35 ，粒径11微米． 1.2主要实验设备、仪器 （1）卧式注射机：FH-100型，杭州机械有限公司． （2）高速加热混合机：GRH-10型，辽宁阜新热源设备厂． （3）开放式炼塑机：Φ160型，天津市电工机械厂． （4）双螺杆混炼挤出机组：TE-34型，挤压机械研究所． （5）平板硫化机：XLB-D350×350×2型，公称合模力0.25MN，中国上海轻工机械股份有限公司上海第一橡胶机械厂． （6）电热鼓风干燥箱：101—1A型，天津市泰斯特仪器有限公司． （7）热老化实验箱：401B型，江都市真威试验机械有限公司． （8）电子万能实验机：CSS-2200型，中国科学院长春科新公司试验仪器研究所． （9）邵氏橡胶硬度计：LX—A型，上海六菱仪器厂． 1.3填料处理 蛋白石（碱）和高岭土先分别用硅烷偶联剂和水混合均匀，将其在高混机中混合，其后放入110℃烘箱烘干，取出后继续高混 烘干 粉碎 烘干 筛、研磨 烘干． 1.4试样制备 实验配方[2]： 表1 实验配方(份) 配方 NR ZnO HSt 操作油 促进剂M 硫磺 白炭黑 蛋白石（碱）JD 高岭土G 1 100 5 4 5 1 3 —— 10 —— 2 100 5 4 5 1 3 —— 30 —— 3 100 5 4 5 1 3 —— 50 —— 4 100 5 4 5 1 3 —— 70 —— 5 100 5 4 5 1 3 —— —— 10 6 100 5 4 5 1 3 —— —— 30 7 100 5 4 5 1 3 —— —— 50 8 100 5 4 5 1 3 —— —— 70 9 100 5 4 5 1 3 50 —— —— 注：JD代表蛋白石（碱）；G代表高岭土． 配方在前辊50℃~55℃、后辊45℃~50℃、辊距为1mm左右的开炼机塑炼20min，然后分别按配方加入各种助剂进行混炼30min，辊距为1~2mm左右，最后将混炼胶放入硫化机进行硫化，温度为140℃、压力为10MPa、时间15min，硫化好后冷却（消除内应力）12h，制成厚度约4mm、宽度约6mm、有效长度约4mm的试样． 1.5性能测试 拉伸性能按GB/7528－1998 进行测试．邵氏硬度按GB/7531－1999进行测试． 2、结果与讨论 填料是橡胶的重要配合剂之一，填料对橡胶性能的影响主要取决于粒子大小、粒子结构及其表面性质． 2.1填料对NR拉伸强度及扯断伸长率的影响 图1 不同填料填充NR份数对拉伸强度的影响 从图1可看出，在100份NR中加入填料的份数越多，NR的拉伸强度越大．G份数为50份时，NR的拉伸强度最大且趋于恒定； JD