在橡胶制品的制造过程中，通常会加入大量的填充剂(填料)。该填料可以提高橡胶的力学性能，如拉伸强度、耐磨性、撕裂强度和恒定拉伸应力，从而提高使用性能，延长使用寿命。主要增强填料有炭黑、白炭黑、活性钙等。本试验的目的是以贵州粉应时和白炭黑为填充剂，对天然橡胶进行填充试验。通过比较两种产品的力学性能，表明贵州粉应时可以替代白炭黑填充橡胶。
一、实验原料和仪器
(1)实验原料
超细石英粉:贵州贵定县沉积成因的高纯石英岩。用硅烷WD50、WD70和硬脂酸对自制的白度为87%、平均粒径为3.61μm、DV90为10.01μm的超细粉体进行了改性。白炭黑；天然橡胶。
(2)化学试剂
氨水:化学纯，武汉桥口教学实验厂；乙醇:化学纯，上海振兴化工一厂；硅烷:WD50、WD70，武汉大学有机硅新材料有限公司；氧化锌:工业纯；硬脂酸:工业纯；抗氧化剂:工业纯；加速器:工业纯；液体石蜡:化学纯；硫:分析纯。
(3)实验仪器
SL-101B激光粒度分布仪:辽宁丹东仪器研究所；白度测试仪:杭州轻工与自动化研究所；GH-10DY实验室高速混合机:北京英特塑料机械总厂；X(S)K-160开放式炼胶机:上海双一橡塑机械有限公司；0.25MN半自动压力成型机:上海西马威力橡塑机械有限公司；CP-25切片机:上海第四化工机械厂；LX-D型邵氏橡胶硬度计:上海刘玲仪器厂。
第二，填充实验公式
填充实验的配方为:天然橡胶100份，氧化锌5份，硬脂酸3份，防老剂TMTD 1份，促进剂D3 3份，硫磺3份。不同材料的填充量为20、30、40、50和60份。
三。结果和分析
(1)拉伸性能
用四种填料填充的橡胶的机械性能的测试结果如表1所示。
1.抗张强度
从表1可以看出，四种填料对复合材料拉伸强度的影响具有相同的总体变化趋势。随着填料含量的增加，拉伸强度逐渐降低，但拉伸强度不同。随着填料含量的增加，WD50改性石英粉填料的拉伸强度从20份的17.74MPa下降到60份的6.07MPa。WD70改性粉末/橡胶复合材料的拉伸强度从20份时的13.70MPa下降到60份时的11.21MPa白炭黑/天然橡胶复合材料的拉伸强度从20份的14.60MPa下降到60份的10.42MPa硬脂酸改性粉末/天然橡胶复合材料的拉伸强度从30份的12.22MPa变为60份的12.94MPa。当填充量为20份时，最大拉伸强度为WD50改性粉末应时/天然橡胶复合材料(17.74MPa)，其次为白炭黑和WD70改性粉末应时/天然橡胶复合材料，分别为14.6MPa和13.70MPa。当填充量增加到30份时，WD70改性粉末应时和二氧化硅/天然橡胶复合材料的拉伸强度(15.52MPa，14.19MPa)高于WD50(13.04MPa)和硬脂酸改性粉末应时填料(12.22MPa)。当填充量为40份时，WD70改性粉体、硬脂酸和WD50改性粉体的拉伸强度相近，在11.29 MPa ~ 11.91 MPa之间。填充二氧化硅的材料拉伸强度高达14.85MPa，当填充量为50份时，拉伸强度最好的是WD70改性石英粉填充材料。综合分析表明，WD70改性粉末应时和白炭黑填充天然橡胶的拉伸强度基本相同。
2.破坏强度
从表中可以看出，随着填料含量的增加，WD70改性粉末应时和二氧化硅填料的断裂强度的变化趋势是一致的，随着填料含量的增加，断裂强度呈下降-上升-下降的趋势。硬脂酸改性粉末应时填料的断裂强度随着填料含量的增加而增加，当填料含量大于50份时，断裂强度降低。随着填料含量的增加，WD50改性粉末应时填料的断裂强度越来越低。当填料含量为20份时，WD50改性粉末应时填充复合材料的断裂强度大于15MPa。然而，填充二氧化硅和WD70改性粉末应时的复合材料的断裂强度小于5MPa。比较石英粉填料和二氧化硅填料复合材料的断裂强度，当填料含量小于30份时，WD70改性粉末应时/天然橡胶复合材料的断裂强度高于二氧化硅填料。当填料用量大于30份时，二氧化硅填料制品的断裂强度高于WD70改性粉末应时填充材料。
3.扯断伸长率
从表中可以看出，不同的填料对复合材料的断裂伸长率有不同的影响。随着填料含量的增加，这四种填料的断裂伸长率都会降低。比较二氧化硅填料和其他填料对断裂伸长率的影响，当填料含量小于30份时，二氧化硅/天然橡胶复合材料的断裂伸长率略大于其他填料。当填充量大于40份时，硬脂酸改性石英粉和WD70改性石英粉与天然橡胶复合材料的断裂伸长率高于白炭黑/天然橡胶复合材料。从断裂伸长率的角度来看，WD70改性石英粉和硬脂酸改性石英粉完全可以代替白炭黑作为天然橡胶的填料。
4.最大负载
四种填充材料对复合材料最大载荷的影响具有相似的变化规律。从表中可以看出，最大载荷随着填充量的增加而减小，WD70改性粉末应时和二氧化硅填充的复合材料最大载荷相同(0.14 ~ 0.2 kN)。当填充量为60份时，WD50改性石英粉填充复合材料的最大载荷仅为0.09kN。
5.恒定伸长应力
从表中可以看出，随着填充量的增加，硬脂酸、WD50和WD70改性的粉末应时填充的复合材料的恒定拉伸应力相近。一般恒定拉伸应力(300%恒定拉伸应力)在1.0MPa以下..随着填料含量的增加，当填料含量从20份增加到60份时，填充二氧化硅制备的复合材料的300%伸长应力从0.88MPa增加到1.1MPa，且增加趋势呈波浪形。与这四种复合材料相比，WD70改性石英粉和硬脂酸改性填充复合材料的定伸应力变化趋势相同。二氧化硅填充的复合材料的拉伸应力略大于其他填料。
6.恒定应力下的伸长率
随着填料含量的增加，四种填料复合材料的恒应力伸长率下降，在4MPa恒应力下的恒应力伸长率均大于400%(表1)。比较相同填充量的四种填料的恒应力伸长率，二氧化硅填料的恒应力伸长率最小，硬脂酸改性石英粉填料的恒应力伸长率最大。从恒定应力下的伸长率分析，粉末应时和二氧化硅填料的性能是相同的。
7.永久变形
用WD50改性粉末应时填充天然橡胶后，永久变形最小，随着填充量的增加，变形减小，从20 phr永久变形率的18.00%降至60 phr的8.03%(表1)。WD70改性粉末应时填充天然橡胶的永久变形率小于二氧化硅和硬脂酸改性粉末填充天然橡胶的永久变形率。从断裂永久变形来看，WD50改性的粉末应时填充复合材料具有更好的性能。其次是WD70改性石英粉，最差的是硬脂酸改性石英粉。
(2)硬度
表1和图1中的改性粉末填充材料(图中R50:WD50；R70:WD70改性粉末填充料；Wc:二氧化硅填料；Rs:硬脂酸改性粉末填料)可以看出，填充石英粉和二氧化硅的天然橡胶的邵氏D硬度普遍提高。天然橡胶的硬度为4.6，实验中硬度一般在5.7以上，最高可达9.88。比较这四种填料对硬度的影响，硬脂酸改性石英粉和WD70改性石英粉，它们填充天然橡胶后，硬度随着填充量的增加有相似的增加趋势，硬度值在6.12-8.03之间。与四种填料相比，填充二氧化硅的硬度值最高，在相同填充量下，二氧化硅/天然橡胶复合材料的硬度值比其他三种填料高l ~ 2。
(3)撕裂强度
从表1和图2可以看出，WD70改性粉和硬脂酸改性粉的变化趋势相同。随着填料含量的增加，填料/橡胶复合材料逐渐减少。填充20份时，在20 ~ 25kn/m之间，比较而言，强度最高的是WD50改性石英粉，可达24.56 kN/m，其次是白炭黑，其值为24.16。当填充30份时，撕裂强度下降到约20kn/m..当填充量增加到-lJ40 phr时，撕裂强度为19 ~ 23 kN/m，增加到50 phr时，出现不同的现象。天然橡胶填充WD70改性石英粉后，随着填充量的增加，撕裂强度从21.23 kN/m增加到24.58 kN/m (20 ~ 50 phr)，当填充量增加到60 phr时，撕裂强度增加。对于白炭黑，随着填料的增加，撕裂强度从24.16 kN/m下降到21.36 kN/m，对比填充后二氧化硅和石英粉的撕裂强度值，可以看出两者相近。甚至填充WD70改性石英粉的天然橡胶撕裂强度也普遍高于天然橡胶(19.88 kN/m)。
通过分析上述各种填料填充天然橡胶的力学性能，贵定县超细石英粉填充天然橡胶的力学性能可与二氧化硅填料相比，改性粉应时对天然橡胶具有补强作用。
四。结论
(1)改性粉末应时对天然橡胶有补强作用。硅烷改性剂改性的粉末应时填充橡胶的力学性能优于硬脂酸改性的粉末应时。
(2) WD-70改性粉末应时填充天然橡胶，其力学性能与白炭黑相近。贵定应时粉可以代替白炭黑作为天然橡胶的补强材料。
[参考文献]
[1]陈一凡，葛学贵，尉建新，等.超细改性硅灰石/橡胶硫化薄膜的力学性能研究[J].化学矿物与加工，2007，(1): 9-11。
胡炳双，张洪波，刘会杰，等.无机矿物增强橡胶的研究现状与展望[J].煤炭加工与综合利用，2006，(1): 43-46。
[3]张银年，，郭，等.粉末表面改性粉体在乙丙绝缘胶中的应用研究[J].化学矿物与加工，2004，(5): 16-18。
杨华明，谭定桥，陈德良，等.活性粉末应时的制备与应用[J].非金属矿物，2002，25 (5): 33-34
下一篇：大桥钻孔灌注桩文明施工措施