tr硅灰石具有特殊的針狀結(jié)構(gòu)、白色、md、高長徑比，已在多種高分子材料中獲得應(yīng)用。胡珊等以tr硅灰石和海泡石復(fù)合礦物代替石棉作為汽車剎車片填料，研究表明填料的加入可提高產(chǎn)品的各項性能。本研究選擇產(chǎn)于湖北馮家山的不同粒徑針狀硅灰石替代炭黑應(yīng)用于R-BR-SBR橡膠中，研究硅灰石粒徑、添加量對NR-BR-SBR復(fù)合橡膠的拉伸性能、硬度、摩擦系數(shù)的影響，指導(dǎo)其在石油傳動帶方面的應(yīng)用。

l實驗部分

1.1主要原料

    不同粒徑超細針狀硅灰石(W-l：短徑d- 21um，L/d—13—15; W-2：短徑d- 3um，L/d—l3一15．湖北馮家山；NR-SBR-BR(tr-)l~丁一丁苯）復(fù)合橡膠，山東安能公司；促進劑、抗氧化劑及軟化劑等原材料均為市場所售。

圖1硅灰石微觀形貌圖

1.2基本配方

    NR-BR-SBR生膠100（質(zhì)量份，下同）；氧化鋅3—5；硬脂酸2；促進劑M l—1.5;促進劑TMTD 0.5一l；硫磺1～1.5；防老劑RD2；防老劑4010 0.5;杌油3.6;固體古馬隆樹脂10;石蠟l；硅灰石30～50。

1.3實驗儀器

    開放式開煉機，江都市天源實驗機械有限公司；0. 63×106N半自動壓力成型機，上海西瑪偉力橡膠機械有限公司制造；H2-7001硫化試驗儀，恒準儀器科技有限公司；電子{wn}試驗機，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司深圳分公司；橡塑硬度計(XHS型)；摩擦／剝離試驗儀，濟南蘭光機電技術(shù)發(fā)展中心。

1.4試樣的制備

    硅灰石改性：采用于法改性，改性劑；硅烷，添加量：1.5—2%（質(zhì)量分數(shù)）。改性條件：r- 650rad/min,t—lOmin．T-80℃．

    混煉：先將復(fù)合生膠在開放式開煉機中塑煉，塑煉條件為：一段塑煉80℃, 15min，二段塑煉：130℃,5～lOmin;然后按照一定的順序加入一定量的促進劑、抗氧化劑、硬脂酸、氧化鋅、填料、軟化劑等進行一次混煉，混煉條件為：130℃,15min，進行陳化12h后再加入硫磺進行二次混煉7min。

    硫化：利用硫化試驗儀測定試樣在150℃條件下的正交硫然后在0. 63X I06N半自動壓力成型機上硫化成所需樣品．

   性能測試：利用GB/T3808電子{wn}試驗機對試樣進行狀為啞鈴型，拉伸速度為500mm/min;采用XHS型橡塑硬度計測試試樣的硬度；利用GB1006摩擦系數(shù)儀測定硅灰石／橡膠復(fù)合材料對鋼帶的摩擦系數(shù)拉伸速率為v-5 0mm/ min.砝碼質(zhì)量m= 20g，試樣尺寸為63mmX 63mm×2mm．

2結(jié)果與討論

2.1復(fù)合材料的拉伸性能

    不同粒徑硅灰石添加量對復(fù)合橡膠拉伸強度的影響.不同粒徑硅灰石對復(fù)合材料的拉伸強度影響不同，復(fù)合材料的拉伸強度隨硅灰石W-l添加量的增加先增大后減小、隨硅灰石W-2添加量的增加而減小。

    硅灰石W-l添加量的增加，一方面提高了橡膠基體的交聯(lián)密度，另一方面基體中高比表露和剛性針狀分布密度的增加，提高了對橡膠的補強作用，使得拉伸強度提高；當硅灰石W-l含量進一步增加時，一方面會造成填料分散不均，易引起復(fù)合材料的缺陷，另一方面根據(jù)逾滲理論，填料用量增加會導(dǎo)致填料間距過遠、伸長鏈數(shù)目減少、增jx果減弱，導(dǎo)致復(fù)合材料的拉伸強度降低．

    硅灰石添加量較低時(30份)，硅灰石W-2的增jx果明顯好于硅灰石W-l,可能原因是在添加量較小的情況下，硅灰石W-2相對粒徑較大，分散性好，導(dǎo)致增jx果較好；當硅灰石添加量繼續(xù)增加，粒徑較大的硅灰石W-2表面活性低，與橡膠基體結(jié)合效果差，導(dǎo)致拉伸強度下降，其影響大于分散性對

橡膠增jx果的影響，因此復(fù)合材料拉伸強度迅速下降并低于硅灰石W-l/NR-SBR -BR復(fù)合材料的拉伸強度。

    不同粒徑硅灰石添加量對復(fù)合橡膠斷裂伸長率的影響.復(fù)合材料的斷裂伸長率隨硅灰石W-l添加量的增加先增加后減小，隨硅灰石W-2添加量的增加而減小。

    影響針狀硅灰石／橡膠復(fù)合材料的斷裂伸長率的因素主要有力：①橡膠復(fù)合材料的拉伸強度提高后，延緩斷裂的發(fā)生，從而提高拉斷伸長率；②針狀硅灰石與橡膠間的界面相互作用不wm，變形時發(fā)生界面滑移，從而提高拉斷伸長率；③分子鏈的變形被限制，降低拉伸長率。前兩個方面有利于提高斷裂伸長率，稱為正因素，第三個方面稱為負因素。硅次石W一1添加量在30—45份之間時，復(fù)合材料的拉伸強度增加，此時正因素占主導(dǎo)作用，斷裂伸長率增加。超過45份時拉伸強度減小、添加量增加限制了分子量的變形，負因素占主導(dǎo)作用，斷裂伸長率下降．同理，硅灰石W一2添加量大于30份時拉伸強度減小、添加量增加限制了分子量變形.負因素占主導(dǎo)作用，裂伸長率下降。

    硅灰石W-l添加量為45份時復(fù)合材料的拉伸強度為25. 28MPa.斷裂伸長率為449. 70%；硅灰石W-2添加量為30份時復(fù)合材料的拉伸強度為25 57MPa.斷裂伸長率為411.18%。GBT 9770鋼絲芯輸送帶規(guī)定輸送帶覆蓋膠的拉伸強度不小于13. 73MPa、斷裂伸長率不小于400%．因此兩種硅灰石／橡膠復(fù)合材料的拉伸性能均可滿足鋼絲芯輸送帶覆蓋膠國標要求。硅灰石W-2添加量比硅灰石W-l小，但其粒度較大，超細加工相對較為簡單成本較低，因此可以根據(jù)實際需要選擇不同粒徑硅灰石作為填料。

2.2復(fù)合材料的硬度

不同粒徑硅灰石添加量對復(fù)合橡膠硬度的影響.復(fù)合橡膠的硬度隨著硅灰石用量的增加而增加，填料含量相同的情況下粒度較小的硅灰石W-l/橡膠夏合材料的硬度較大。   

   針狀硅灰石含量增多，在一定程度上限制了橡膠分子鏈的運動，使復(fù)合材料的硬度上升。在添加量相同的情況下，粒度小的硅灰石比表面積大，表面活化能高，與橡膠基體的結(jié)合力強，因而硅灰石W-l/N R-SBR-BR復(fù)合材料的硬度較大。

2.3復(fù)合材料的摩擦系數(shù)

不同粒徑硅灰石添加量對復(fù)合橡膠摩擦系數(shù)的影響。復(fù)合材料的摩擦系數(shù)較高，不同粒徑硅灰石對摩擦系數(shù)影響趨勢相反，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨硅灰石W-l添加量的增加而增加、隨硅灰石W-2添加量的增加而減小。

     在復(fù)合材料中，部分針狀硅灰石斜交于摩擦方向，增加了摩擦阻力，導(dǎo)致摩擦系數(shù)升高，因此硅灰石/N R_SBR-BR復(fù)合材料的摩擦系數(shù)整體較高．

    聚合物基復(fù)合材料屬粘彈性物質(zhì)，根據(jù)對摩擦機理的分析，其摩擦系數(shù)基本上由二部分組成，

              fc=fA+fH

    其中f為粘附摩擦系數(shù)，fH為形變遲滯摩擦系數(shù)，fc為復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。硅灰石W-l添加量增加時，一方面復(fù)合材料硬度逐漸增大，粘附面積緩慢減少，從而使摩擦系數(shù)的粘附分量逐漸減小，另一方面由于硅灰石W-l粒徑較小，隨著填料的增加，針狀硅灰石容易形成絮團吸附物，因而在壓制過程中，會增加制品的粗糙度，導(dǎo)致形變遲滯摩擦系數(shù)增大。由于硬度增加幅度較小，導(dǎo)致fH影響大于fA影響，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨硅灰石W-l的增加而增加．同理，隨著硅灰石W-2添加量的增加，復(fù)合材料的粘附摩擦系數(shù)減小，形變遲滯摩擦系數(shù)增大。但是由于硅灰石W-2的粒徑較大，在加工過程中分散均勻，難以形成絮團吸附物，表面粗糙度增加得較少，導(dǎo)致fA影響大子fB影響，復(fù)合材料的摩擦性能隨著硅灰石W-2的增加麗減小。

2.4復(fù)合材料的表面形貌

    硅灰石在橡膠基體中整體分布比較均勻，其與橡膠基體結(jié)合效果較好，因此在添加量高達50份時硅灰石對橡膠仍具有較好的增jx果．在8000倍下觀察可以看出，硅灰石斜交于橡膠基體中，部分一端凸起在橡膠表面，并有少量的團聚和脫落現(xiàn)象、表面粗糙，其一方面會導(dǎo)致復(fù)合材料的拉伸性能相對下降，另一方面會導(dǎo)致摩擦,系數(shù)繼續(xù)增大。  

3結(jié)論

    (1)不同粒徑硅灰石添加量對復(fù)合橡膠拉伸性能的影響不同。復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率隨著硅灰石W-l添加量的增加先增大后減小，分別在45%達到{zd0}值25. 28MPa，449. 70Y6;復(fù)合材料的拉伸強度、斷裂伸長率均隨著硅灰石W-2添加量的增加而減小。

    (2)針狀硅灰石分散在橡膠基體中，限制了橡膠分子鏈的運動，因此硅灰石含量增加，復(fù)合材料的硬度增大；在添加量相同的情況下，粒徑較小的硅灰石／NR-SBR-BR復(fù)合材料的硬度較大．

    (3)部分針狀硅灰石斜交于橡膠基體中，增大了摩擦阻力，導(dǎo)致復(fù)合材料的摩擦系數(shù)增大。復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著硅灰石W-l添加量增加而增加，隨著硅灰石W-2添加量的增加而減?。杌沂疻-l添加量為45份、W-2添加量為30價時，復(fù)合材料的拉伸性能滿足GBT 9770鋼絲芯輸送帶要求，摩擦系數(shù)高達L 819.1. 979，可用作高摩擦材料。