当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

炭黑对丁苯橡胶磨耗性能的影响


第 30 卷   2 期 第 2009 年 4 月

特种橡胶制品 Special Purpo se Rubber Product s

Vol. 30   . 2 No   ril 2009 Ap

炭黑对丁苯橡胶磨耗性能的影响
( 青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室 ,青岛   266042 )<

br />摘   : 以丁苯橡胶基础配方为依据 ,研究了炭黑种类及用量 、 要 老化时间对溶聚丁苯橡胶 T2000R 和乳聚丁苯 橡胶 1502 阿克隆磨耗和 DIN 磨耗性能的影响 。结果表明 : 炭黑用量对硫化胶阿克隆磨耗有较大影响 , 而对
DIN 磨耗影响较小 ; 炭黑粒径越小 ,硫化胶耐磨性能越好 。随着老化时间的延长 ,硫化胶阿克隆耐磨性能先

提高后下降 ,而 DIN 耐磨性能则随老化时间的延长而下降 。 关键词 : 炭黑 ; 丁苯橡胶 ; 阿克隆磨耗 ;DIN 磨耗 ; 热空气老化

   众所周知 ,磨耗性能是橡胶制品的一项重要 指标 ,与材料失效和制品的使用安全性密切相关 。 对橡胶磨耗的研究是当今材料摩擦学研究的热点 之一 。半个世纪以来 , 学者们根据磨耗后橡胶表 面形态 、 磨耗花纹 、 磨耗颗粒以及化学结构的改变 等对橡胶磨耗过程和机理进行了大量研究 , 使人 们对橡胶磨耗机理有了比较深刻的理解[ 1~6 ] , 但 由于橡胶磨耗过程相当复杂 , 除与橡胶本身的强 度、 滞后性能 、 弹性模量 、 疲劳性和摩擦性能等密 切相关外 , 压力 、 滑动速度 、 温度和环境介质等外 在因素对其也有重大影响 。因此要想预测橡胶制 品在特定条件下的磨耗性能仍然非常困难 [ 7 ] 。丁 苯橡胶广泛应用于胎面胶 , 轮胎胎面胶的耐磨性 能直接影响轮胎的安全性 、 噪声 、 振动和磨耗里 程 ; 而炭黑作为重要补强剂 ,能有效提高橡胶制品 的耐磨性 。本文以溶聚丁苯橡胶 T2000R 和乳聚 丁苯橡胶 1502 为基础胶料 , 以检验配方为依据 , 研究了炭黑用量 、 种类以及老化时间对丁苯橡胶 磨耗性能的影响 。
1  实验部分

1. 1   主要原材料

溶聚丁苯橡胶 , SSBR - T2000R ( 以下简称 T2000R) , 高 桥 石 化 公 司 产 品 ; 乳 聚 丁 苯 橡 胶 , ESB R - 1502 ( 以下简称 1502 ) , 齐鲁石化公司产
收稿日期 :2009 - 01 - 19

作者简介 : 胡   ( 1984 - ) , 男 , 山东青岛人 , 在读硕士研究生 , 主 波 要从事高分子材料加工与改性方面的研究 。 3 通信联系人 。

中图分类号 : TQ3301 38 + 1 , TQ3331 1    文献标识码 :A     文章编号 :1005 - 4030 ( 2009) 02 - 0020 - 03

胡   ,孙举涛 ,张   ,赵树高 3 波 萍

品 ; 炭黑 ,N220 , N330 , N660 , 青岛德固赛化学有 限公司产品 ; 其他原材料均为市售橡胶工业用品 。
1. 2   实验配方

以丁苯橡胶 1500 系列检验配方为标准 ,改变

炭黑用量和炭黑种类 : ( 1 ) SB R ,100 ; 氧化锌 ,3 ; 硬脂酸 ,1 ; 促进剂
N S ,1 ; 硫黄 ,1. 75 ; 炭黑 N330 ,变用量 。 N S ,1 ; 硫黄 ,1. 75 ; 炭黑 ,50 ( 变种类) 。 ( 2 ) SB R ,100 ; 氧化锌 ,3 ; 硬脂酸 ,1 ; 促进剂

1. 3   混炼工艺和硫化条件 11 31 1   混炼工艺 11 31 2   硫化条件 1. 5   性能测试

在开炼机上加入 SB R , 待胶料包辊后依次加

入氧化锌 、 硬脂酸 、 促进剂等小料 ,待混合均匀后 , 加入炭黑 ,左右各割胶 3 次 ,混炼均匀后将辊距调 至 1mm ,薄通 6 遍下片 ,下片时间约 1 min 。 按硫化仪测试的正硫化时间 ( t90 ) 在平板硫化

机上于 150 ℃× 15M Pa 下硫化试样 。
1. 4   主要仪器设备

阿克隆磨耗机 , GT - 7012 - A 型 , 台湾高铁

公司 ;D IN 磨耗实验机 , GT - 7012 - D 型 ,台湾高 铁公司 ; 老化试验箱 , GT - 7017 型 , 台湾高铁公 司。

阿克隆磨耗按 GB/ T1689 - 1998 测试 , 测 3
DIN 磨耗按 GB/ T9867 - 1988 测试 , 取 3 个

个试样 ,取平均值 。 试样的平均值 。

热空气老化按 GB3512 - 2001 测试 , 测试条

2009 年

    胡 波等   炭黑对丁苯橡胶磨耗性能的影响

  21

件分别为 100 ℃× 24h 和 100 ℃× 。 48h
2  结果与讨论 2. 1   炭黑用量对磨耗性能的影响

小于对阿克隆磨耗的影 响 。炭黑 用量 相同 时 , 1502 的 D IN 耐磨耗性能也优于 T2000R 。

炭黑作为橡胶重要补强剂 ,对橡胶性能 ,尤其 是磨耗性能 , 有重要的影响 。图 1 和图 2 分别是 炭黑用量对 1502 和 T2000R 硫化胶磨耗性能的 影响曲线 。 从图 1 可看出 , 不论是 T2000R , 还是 1502 , 其磨耗体积都随炭黑用量的增加逐渐下降 , 耐磨 性能提高 。当炭黑用量大于 50 质量份时 ,磨耗体 积下降趋势变缓 。适当提高炭黑用量 , 可以提高 丁苯橡胶的力学强度和弹性模量 ( 硬度 ) ( 见表 1) ,因此对橡胶耐磨性能的提高有利 。从图 1 中 还可以看出 ,炭黑用量相同时 1502 的耐磨性能高 于 T2000R 。 从图 2 中可以看出 , 随着炭黑用量的增加 , DIN 磨耗体积总体上随之减小 , 但变化趋势比较 平缓 。当炭黑用量大于 30 质量份后 ,磨耗体积基 本上保持不变 。说明炭黑用量对 DIN 磨耗的影响
图2  炭黑用量对 DIN 磨耗的影响 表1  炭黑用量对硫化胶拉伸强度和硬度的影响
炭黑用量 ,份 拉伸强度 ,MPa 邵尔 A 硬度 ,度
T2000R 1502 T2000R 1502 10 3. 7 6. 6 51 52 20 9. 7 16. 9 57 57 30 16. 4 24. 2 61 62 40 22. 1 24. 3 67 68 50 23. 1 24. 6 71 73 60 23. 8 24. 6 76 76 70 25. 0 25. 3 81 83

图1  炭黑用量对阿克隆磨耗的影响

2. 2   炭黑种类对磨耗性能的影响

因是粒径大 , 结构度低的炭黑 , 比表面积小 , 与橡 胶结合产生的结合胶数量较少 ; 结合橡胶是具有 优异耐磨性及力学性能结构的橡胶 , 因此结合橡 胶的数量越少 ,硫化胶的耐磨性越差[ 8 ] 。另外 ,炭 黑种类相同时 , 1502 的阿克隆耐磨性能远优于 T2000R ;对 DIN 磨耗而言 , N330 和 N660 补强的 硫化胶 , 1502 和 T2000R 的磨耗量非常接近 。
氧质量分数 ,
% 1. 0 0. 6 0. 4

炭黑补强橡胶的三要素是粒径 、 结构度和表 面活性 。因此 ,炭黑种类对硫化胶的耐磨性能有 一定影响 。本文研究了 N220 ,N330 和 N660 3 种 炭黑对 1502 和 T2000R 硫化胶耐磨性能的影响 ,
3 种炭黑基本性质见表 2 。
表2  炭黑的基本性质
炭黑品种
N220 N330 N660

平均粒径 , 比表面积 ,
nm 25 32 98 m /g 115 86 32
2

吸油值 ,
cm / 100g 116 105 89
3

   不同炭黑对丁苯橡胶磨耗性能的影响见图 3 和图 4 。 从图 3 和图 4 中可以看出 , 随着炭黑粒径的 增大 ,胶料磨耗体积明显增大 ,出现这种趋势的原
图3  炭黑种类对橡胶阿克隆磨耗的影响

  22

特种橡胶制品

第 30 卷   2 期 第

   从图 5 ( a ) 中可以看出 , 对于同种炭黑补强的 硫化胶而言 ,随着老化时间的延长 , 1502 的耐磨 性能提高 ,这是因为橡胶交联密度进一步增大 ,硬 度提高所致 。而硬度提高对于以卷曲磨耗为主的 阿克隆磨耗性能的提高是有帮助的 ( 见表 3 以 N330 补强 1502 为例) 。与 1502 不同 ,从图 5 ( b ) 中可以看出 , T2000R 老化 24h 后 ,硫化胶的阿克 隆耐磨性能最佳 ,老化 48h 后耐磨性能下降 ,这可
图4  炭黑种类对橡胶 DIN 磨耗的影响

能是由于老化 48h 后橡胶的拉伸强度下降较多引 起的 ( 见表 3) 。
表3  老化时间对 1502 性能的影响
老化时间 ,h 交联密度 , ( mol · - 3 ) × - 5 cm 10 邵尔 A 硬度 ,度 拉伸强度 ,MPa
0 10. 2 73 24. 34 24 11. 1 75 24. 18 48 11. 4 76 22. 55

2. 3   热空气老化对磨耗性能的影响 2. 3. 1   热空气老化对阿克隆磨耗的影响

用不同炭黑补强的 1502 和 T2000R , 在热空 气中分别老化 24h 和 48h 后 , 其阿克隆磨耗体积 与老化时间的关系见图 5 。

图5  老化时间对丁苯橡胶阿克隆磨耗的影响

图6  老化时间对丁苯橡胶 DIN 磨耗的影响

2. 3. 2   热空气老化对 D IN 磨耗的影响

分别在热空气中老化 24h 和 48h 后 , 1502 和 T2000R 硫化胶的 DIN 磨耗体积与老化时间 的关系见图 6 。 从图 6 中可以看出 ,与阿克隆磨耗不同 ,无论 是 1502 还是 T2000R ,它们的 DIN 磨耗体积都随 着老化时间的延长而逐渐增大 ,耐磨耗性能下降 。 这可能是由于 DIN 磨耗是以磨损磨耗为主 ,丁苯

橡胶老化后硬度提高对硫化胶 D IN 磨耗性能的 影响较小[ 9 ] 。而拉伸强度对硫化胶的磨损磨耗有 很大影响[ 10 ] 。老化后丁苯橡胶拉伸强度下降 ( 见 表 3) ,尤其是老化 48h 后 ,拉伸强度下降较大 ,因 此 D IN 磨耗体积增加较多 。
3  结论 ( 1 ) 在一定的范围内 ,随着炭黑用量的增加 ,

2009 年

    胡 波等   炭黑对丁苯橡胶磨耗性能的影响

  23

阿克隆耐磨性能明显提高 ; 而对 DIN 磨耗性能的 影响相对较小 。 ( 2) 炭黑粒径越小 ,硫化胶耐磨性能越好 。 ( 3) 不同时间热空气老化后 ,丁苯橡胶硫化胶 阿克隆耐磨性能先提高后下降 ,而 D IN 耐磨性能 则随着老化时间的延长而下降 。 ( 4) ESB R1502 的耐磨性能优于同等条件下 的 SSB R T2000R 。
参考文献 :
[1]   Schallamach A . Abrasion of rubber by a needle[J ] . Journal of Polymer Science ,1952 , 9 (5) : 385~404. [ 2 ]  Zhang S W. Mechanisms of Rubber Abrasion in Unsteady State [ J ] . Rubber Chemist ry and Technology , 1984 , 57 : 755~768. [ 3 ]  Ettles C M M , Shen J H. The Influence of Frictional Heat 2 ing on t he Sliding Friction of Elasto mers and Polymers[J ] . Rubber Chemist ry and Technology ,1988 ,61 : 119~136. [4]   Ahagon A , Kirino Y. Mechanochemical Reactions in Black - filled SBR Vulcanizates Under Large Deformation [ J ] .

Rubber Chemist ry and Technology ,2007 ,80 : 265~278. [ 5 ]  Gent A N , Na H C. Abrasion of Rubber by a Blade Ab2 rader : Effect of Blade Sharp ness and Test Temperat ure for gy ,1996 ,69 : 819~833. [ 6 ]  Hong C H , Kim H , Ryu C. Effect s of Particle Size and to mer Compounds [ J ] . Journal of Material Science , 2007 , 42 : 8391~8399. [ 7 ]  Thavamani P ,Bhowmick K. Wear of Nat ural Rubber and [ 8 ]  杨清芝 . 实用橡胶工艺学 [ M ] . 北 京 : 化学工 业出版 社 , 2005. [9]   Medalia A I ,Newton M A. Effect s of Carbon Black on Ab2 rasion and Treadwear [J ] . Kaut schuk Gummi Kunst stoffe , 1994 ,47 (5) : 364~368. [ 10 ]   王贵一 . 橡胶的磨耗 [J ] . 特种橡胶制品 ,1994 ; 15 (1) : 42 perat ure[J ] . Plastic , Rubber and Co mposites and Applica2 tions ,1993 ,20 :239~247. St yrene Butadiene Rubber Vulcanizates at Elevated Tem2 Selected Co mpounds[J ] . Rubber Chemist ry and Technolo2 St ruct ure of Carbon Blacks on t he Abrasion of Filled Elas2

~47.

Effects of Carbon Black on the Abrasion Resistance of SBR
( Qingdao U niversit y of Science and Technology ,Qingdao   266042 ,China)
H U B o , S U N J u2t ao , Z H A N G Pi n g , Z H A O S hu2g ao

Abstract : Based o n t he f undamental fo rmula of SBR ,t he effect s of carbo n black t ypes and do sage ,

ied ,respectively. The result s showed t hat carbo n black f ractio n co uld imp rove t he A kro n abrasio n re2 ance of vulcanizates increased fir stly , and t hen decreased wit h p rolo ngatio n of t he aging time. A s for DIN abrasio n , t he abrasio n resistance deteriorated wit h p rolo ngatio n of t he aging time. Key words :carbo n black ; SB R ; A kro n abrasio n ; D IN abrasio n ; hot2air aging

   据中国橡胶助剂网消息 ,截至 2007 年中国天 然橡胶种植面积已达到 87. 5 万公顷 ,年产量达到
59 万吨 ,种植面积和产胶量已居世界 43 个产胶

国中的第 5 位 ,中国已经建立起较为完善的天橡 胶生产体系 。 从 1904 年云南省从国外引进橡胶树并试种

t he aging time o n t he A kro n and D IN abrasio n resistance of SSB R T2000R and ESBR1502 were st ud2 rasio n resistance increased wit h t he decrease of t he size of carbo n black. The A kro n abrasio n resist 2 sistance of vulcanizates ,decrease D IN abrasio n resistance. No mat ter A kro n or DIN abrasio n , t he ab2

我国天然橡胶种植面积位居世界第 5

成功到新中国成立前 , 全国仅有各种类型的小胶 园 2800 公顷 ,橡胶树 120 万株 , 年产天然橡胶仅

仅 199 吨 。到目前为止 , 我国已建成海南 、 云南 、 广东 3 个大型天然橡胶种植区 ,组建了海南 、 云南 和广东 3 省天然橡胶集团公司 , 进一步推动了天 然橡胶的产业化经营 。


相关文章:
白炭黑用量对不同结构丁苯橡胶磨耗性能的影响
白​炭​黑​用​量​对​不​同​结​构​丁​苯​橡...白炭黑用量对不同结构丁苯橡胶磨耗性能的影响 今日推荐 50份文档 ...
炭黑对高分子材料电性能的影响
炭黑对高分子材料电性能的影响 姓名:单显朋 学号:...炭黑的性能非常多,如在橡胶中作为填充剂,在油墨中担任...又如在制备聚苯乙烯(PS)与丁苯胶(SBR)共混型炭黑...
各种炭黑在橡胶中的作用
1912 年,人们发现炭黑对橡胶具有补强作用,从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的 ...耐磨性能及抗裂口增长性能近于 N220 炭黑,特别适用 于丁苯橡胶与顺丁胶并用体系...
橡胶高级实验指导书B
6 橡胶硬度,7 橡胶抗张强度,8 橡胶撕裂强度,9 橡胶老化性能,10 阿克隆磨耗,...炭黑的品种与用量对橡胶的定伸强度、耐磨 性能和硬度影响较大。尤其丁苯胶和...
橡胶、炭黑的分类和性能
2.丁苯橡胶(SBR) 丁苯橡胶(SBR) 丁二烯和苯乙烯的共聚体。 性能接近天然橡胶,...炭黑对橡胶加工性能影响... 42页 免费 各种橡胶分类,性能、应用... 8页 免...
填充种类对丁苯橡胶的性能的影响-卓小彬
指导教师签名: 日期: 徐州工业职业技术学院毕业论文 填充种类对丁苯橡胶性能的影响卓小彬 徐州工业职业技术学院 摘要: 本实验采用的填充剂主要有:白炭黑、陶土、滑石...
橡胶用炭黑的分类及用途
耐磨性能及抗裂口增长性能近于 N220 炭黑,特别适用 于丁苯橡胶与顺丁胶并用体系...在胶料中大量配合本品,并不影响 胶料的粘合性,当配合量达到份时,可得到皮革...
丁苯橡胶文献综述
炭黑丁苯母炼胶、高苯乙烯丁苯橡胶、羧基丁苯橡胶...这些成分对于丁苯橡胶性能有一定影响。例如,松香酸的...磨耗性能、撕裂、弹性、耐热性和电性能等,同时还能降低...
常用橡胶的性能及优缺点
6.填充性好 与丁苯橡胶、天然橡胶相比,可填充更多操作油和补强填料。 使炭黑易...8.耐透气性能较好,与丁基橡胶属于气密性良好的橡胶。 9.耐化学腐蚀性:对碱和...
丁苯橡胶论文
②按填料品种分类 可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶...④丁二烯的微观结构的变化对丁苯橡胶性能的影响不大 在丁苯橡胶硫化时,丁二烯链节...
更多相关标签:
丁苯橡胶的性能 | 丁苯橡胶性能 | 橡胶阿克隆磨耗试验机 | 橡胶辊筒磨耗试验机 | 橡胶磨耗试验机 | 橡胶磨耗 | 氟橡胶阿克隆磨耗 | 橡胶阿克隆磨耗机 |