填充纤维素的丁苯橡胶硫化胶的各项性能

江畹兰 编译

（华南理工大学材料学院， 广东 广州 510641）

填充纤维素的丁苯橡胶硫化胶的各项性能

江畹兰 编译

（华南理工大学材料学院， 广东 广州 510641）

在丁苯橡胶生胶从胶乳中析出时，把由棉纤维制得的粉末状纤维加入胶乳中，制得填充纤维素的丁苯橡胶。文中研究了此种橡胶的各项性能。采用适宜的助剂使纤维素与橡胶良好地结合，以显著提高填充纤维素的丁苯橡胶的力学性能。

棉纤维；丁苯橡胶；纤维素填充剂；硫化特性；力学性能

目前，纤维及粉末状填充剂被广泛应用于橡胶工业制品的生产。将纤维素填充剂转变为粉末状填充剂，是制得有机粉末状填充剂的方法之一。这样，就可在生胶合成阶段加入大量填充剂，使其均匀地分散在生胶基体中。

撰写该文的目的是，研究当丁苯橡胶生胶由其胶乳中析出时，就加入纤维素填料的丁苯橡胶硫化胶的各项性能。

先将棉纤维粉碎，然后用硫酸溶液［20%～30%（质量）］对其进行处理，边搅拌边加热，这样便由棉纤维制得了粉末状填充剂。然后，将制得的糊状物（纤维浸渍在硫酸溶液中）进行过滤并烘干。对烘干后的粉末状物再粉碎，使之变成可细分散的粒子。由此得到的酸性粉末状填充剂中仍含有残余的硫酸。但这一美中不足之处，通过在乳液聚合生胶时，使用这种填充剂而得到弥补，即由胶乳中析出生胶时进行了酸化处理。

为了获得中性的粉末状纤维填充剂，宜用氢氧化钠溶液［1%～2%（质量）］对酸性的粉末状纤维素进行处理，再加以洗涤及烘干。

根据纤维素级分的组成，测得酸性纤维素填充剂粒子的加权平均直径约为0.57 mm、中性粒子约为0.14 mm，微晶纤维素约为0.15 mm（见图1）。文中所研究的纤维素的吸油值分别为67 cm3/100 g、59 cm3/100 g和83 cm3/100 g。

图1 纤维素填充剂级分组成

将纤维素粉末状粒子增大220～250倍，则主要是结晶体。酸性纤维素粉末填充剂的形状因子e/d（长度与直径之比）为1～9；中性的为1～25，微晶纤维素为1～8。这些针状填充剂存在于胶料中，对硫化胶可产生补强效应及弹性指标的各项异性。形状因子也决定了粉末状填充剂的分散密度上的差异：酸性纤维素的为0.68 g/cm3；中性的0.44 g/cm3；微晶的为0.79 g/cm3。

对制得的纤维素填充剂的元素组成进行了分析。结果表明，在中性的粉末状填充剂中存在着被结合硫酸盐；尤其在酸性粉末状填充剂中含量更多，而在微晶纤维素中则完全没有硫酸盐存在。

为了评估含粉末状填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК的硫化胶的各项性能，用标准配方按通用方法制得了胶料。含3%、5%、10%［按生胶量计（质量）］纤维素填充剂的硫化胶的硫化特性列于表1。

表1 填充粉末状纤维素填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК在160 ℃时的硫化过程的特性

随着纤维素填充剂含量的增加（从3%到10%），胶料在硫化时的最小转矩和最大转矩都有所增大。

纤维素填充剂还会延长胶料的硫化起步时间，但并不影响硫化完成时间（见表1）。

在硫化起步阶段微晶纤维素粒子上吸附了硫化剂的各个组分，而在硫化完成时又起到了解吸附剂的作用，这就解释了为何硫化时间延长、平均硫化速率提高，为何硫化胶交联密度增大的问题。

表2列示了胶料及填充硫化胶的力学性能。

表2 填充粉末状纤维素填充剂的丁苯橡胶СКС-30 АРК的胶料及硫化胶的性能

（表未完）

（续表）

当中性的和微晶纤维素的填充量为1%～10%质量时，由于中性纤维素较大的形状因子（1～25）及微晶纤维素的大比表面积（м·ч= 83 cm3/100 g），使硫化胶的硬度提高，但不影响其回弹性。

由于中性纤维素粒子表面吸附了硫化剂的各个组分，从而使交联键浓度降低、硫化速率减缓及永久变形增大。随大形状因子（1～25）的中性粉末状纤维素填充剂在胶料中含量的增加，300%定伸应力呈线型增大。另一方面，由于大粒子级分的累积，使胶料中的缺陷点增加，导致硫化胶的强度和伸长率都下降。

增加微晶粉末状纤维素填充剂在胶料中的含量，可提高硫化胶的300%定伸应力，降低硫化胶在溶剂中的溶胀速率，提高交联密度及硫化速率，减小强度和拉断伸长率。这是由于微晶纤维素粒子与橡胶润湿不良，以及在聚合物中积累了缺点所致。

综上所述，选择好能使纤维素与橡胶胶料良好结合的助剂，才能显著改善丁苯橡胶的弹性强度。

［1］ Лугачева И.Н 等 Свойства вулканизатов на оснве Бутадиен-стиральнго каучука в присутствии цсллюлозных наполнителей［J］. каучук и резина 2012（5）∶22-24.

［责任编辑：张启跃］

TQ 333.1

B

1671-8232（2015）12-0015-03

2013-10-21

江畹兰（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年毕业于前苏联莫斯科罗蒙诺索夫精细化工学院。现任华南理工大学教授，从事聚合物结构与变化的研究。