強威粉在天然橡膠汽車減震襯套膠料中的應用研究

吳欣欣，王世偉，王仁平

（上海麒祥化工有限公司，上海 201800）

橡膠工業中廣泛使用各種無機填料，大多數無機填料由于粒徑較大和表面惰性在膠料中沒有補強作用，只能起到填充作用。炭黑和白炭黑與橡膠之間界面強度高，在橡膠中分散性能良好，對橡膠具有很好的補強效應[1-4]。但隨著石油資源的匱乏和橡膠制品性能的提高，開發新的高性能補強材料成為當務之急。

強威粉是高嶺石經粉碎、水洗、研磨、化學分解、活化處理、烘干、分級和除雜質等工藝精制而成的納米片層狀填料，由1層硅氧四面體和1層鋁氧八面體交替組成，層間通過羥基和氧原子形成的氫鍵結合在一起。經過改性，有機和無機小分子插層進入高嶺石層間，使層間剝離，而剝離過程中高嶺石片層未受到破壞，且粒徑減小至納米級[5]，可以更好地分散到橡膠中。

鐵道、汽車和機械等行業為了降低震動和噪聲，多使用減震橡膠制品。鐵路車輛和汽車用減震橡膠制品要求具有良好的減震性能、絕緣性能和耐臭氧性能[6-7]，普通補強材料難以滿足上述要求。

本工作考察強威粉對丁苯橡膠（SBR）基本配方膠料和天然橡膠（NR）汽車減震襯套膠料性能的影響，并與其他填料和炭黑進行對比，為強威粉在橡膠制品中的應用提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號SMR20，馬來西亞產品；SBR，牌號1502，中國石化齊魯石化公司產品；炭黑N770和N339，上?？ú┨鼗び邢薰井a品；強威粉，牌號HTC和KTC，上海麒祥化工有限公司產品。

1.2 主要設備與儀器

XSM-1/20-120型密煉機和XK-160型開煉機，上?？苿撓鹚軝C械設備有限公司產品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；TCS-2000型拉力試驗機，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司產品；8802型動態剛度試驗機，美國英斯特朗公司產品。

1.3 配方

1.3.1 SBR基本配方

基本配方的主體材料SBR無自補強性能，其物理性能在很大程度上決定于補強劑。SBR基本配方見表1。

表1 SBR基本配方 份

1.3.2 NR汽車減震襯套膠料配方

NR汽車減震襯套膠料配方見表2。

表2 NR汽車減震襯套膠料配方 份

1.4 膠料混煉

1.4.1 SBR基本配方膠料

基本配方膠料分兩段混煉。一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→1/2填料和小料→剩余1/2填料→清掃→排膠。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進劑→薄通→下片。

1.4.2 NR汽車減震襯套膠料

NR汽車減震襯套膠料分3段混煉。一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→1/2填料和小料→1/2填料和油→清掃→排膠。二段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為70 ℃，轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫化劑和促進劑→排膠。三段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：二段混煉膠→包輥→翻煉3次→下片。

1.5 性能測試

1.5.1 動靜剛度比

靜剛度測試預載應力為±2 000 N，承載速率為10 mm·min-1，循環3次，在±500 N處取值。

動剛度測試預載應力為50 N，頻率和振幅分別為15 Hz和0.5 mm與100 Hz和0.05 mm。

1.5.2 回彈值

回彈值按照GB/T 1681—2009《硫化橡膠回彈性的測定》進行測試。

1.5.3 絕緣性能

絕緣性能按照GB/T 1692—2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測定》進行測試。

1.5.4 其他性能

膠料其他物理性能按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 強威粉的理化性能

強威粉KTC和HTC的改性方式不同，結構均為片層狀。強威粉的理化性能見表3。

表3 強威粉的理化性能

納米材料廣義上的定義為一次結構至少在一維方向上尺寸為1～100 nm的固體材料[8]。強威粉厚度達到納米級，因此其屬于納米材料。

2.2 SBR基本配方膠料物理性能

SBR基本配方膠料物理性能如表4所示。從表4可以看出，與分別添加活性碳酸鈣、納米碳酸鈣、硬質陶土、硅藻土和滑石粉的A1～A5配方膠料相比，添加相同用量強威粉KTC的A6配方膠料的硬度適中，拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度較高，這主要因為強威粉表面進行了改性，其聚集體尺寸比其他無機填料聚集體尺寸小，在橡膠中分散性能好，對橡膠補強性能較好。

表4 SBR基本配方膠料物理性能

2.3 NR汽車減震襯套膠料性能

NR汽車減震襯套膠料性能如表5所示。從表5可以看出：與添加炭黑N770的B3配方膠料相比，分別添加強威粉KTC和HTC的B1和B2配方膠料的定伸應力、拉伸強度和撕裂強度較高，這是由于強威粉分散性能好，與炭黑和橡膠的相容性較好，且強威粉為片層結構，可以沿拉伸方向取向，使膠料強度性能提高；與B1～B3配方膠料相比，添加矽麗粉的B4配方膠料的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度均較低，這是由于矽麗粉尺寸達不到納米級，其補強效果相對較差。

表5 汽車減震襯套膠料性能

從表5還可以看出：與B3配方膠料相比，B1和B2配方膠料的體積電阻較大，在高頻和低頻下的動靜剛度比均較小，說明強威粉膠料的絕緣性能和減震性能較好；兩種強威粉之間比較，強威粉KTC膠料的綜合性能較好。

由于強威粉對提高膠料硬度的作用不明顯，一般添加5～10份強威粉，膠料邵爾A型硬度增大1度，因此強威粉應增量替代炭黑N770。強威粉用量大可以降低膠料含膠率，從而降低原材料成本。

3 結論

（1）強威粉屬于納米材料，在SBR基本配方膠料中與普通無機填料相比，強威粉的補強性能較好。

（2）強威粉KTC和HTC增量替代炭黑N770，可賦予NR汽車減震襯套膠料優異的強度性能、絕緣性能和減震性能，并降低膠料成本。強威粉KTC和HTC是減震和絕緣橡膠制品的理想填料。