Research on the Structure and Properties of
Nano-Clay/Styrene Butadiene Rubber Composites
侯亚合，王新，吉雷波，李润飞
屋面玻纤瓦（徐州工业职业技术学院，江苏徐州221140）
HOU Ya-he,WANG Xin,JI Lei-bo,LI Run-fei
(Xuzhou College of Industrial Technology,Xuzhou221140,China)
【摘要】论文采用机械共混法制备了纳米黏土/丁苯橡胶（SBR）复合材料，与白炭黑对比研究了该复合材料的加工性能、物理机械性能和动态性能等。结果表明，纳米黏土/SBR复合材料与白炭黑增强橡胶相比，分散性好、门尼黏度低、抗焦烧性能好，便于加工；补强性能好，复合材料具有良好的物理机械性能；散热性、耐磨性好。
【Abstract】In this paper,nano-clay/SBR composites were prepared by mechanical blending method,and the machining properties,physical and mechanical properties and dynamic properties of the composites were compared with that of silica.The results show that the nano-clay /SBR composite has better dispersibility,lower mooney viscosity,better anti-coke performance and is easier to process than the silica reinforced rubber,and has good reinforcing properties,and the composite material has good physical and mechanical properties,and has good heat dissipation and wear resistance.
【关键词】纳米黏土；丁苯橡胶；加工性能；物理机械性能；动态性能
【Keywords】nano-clay;styrene butadiene rubber;machining properties;physical and mechanical properties;dynamic properties
【中图分类号】TQ332【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2020）05-0169-03
1引言
纳米黏土/橡胶复合材料是以橡胶为基体连续相、黏土以纳米尺度分散于基体中的新型高分子复合材料，可通过溶胶-凝胶法、插层法、共混法制备。纳米黏土具有纳米级别的粒径，表面经过改性处理，
能较好地分散在橡胶基体中并形成良好的界面结合效果，因而能在纳米尺度实现对橡胶的补强。纳米黏土/橡胶复合材料具有优良的加工工艺性能、较高的机械强度和较好的热稳定性，具有十分广阔的市场应用前景。
本研究使用的纳米黏土是一种半合成、纳米级无机硅矿物粉末状材料，产品名称为R505，其聚集体在微观状
态下呈相互分离的晶片，晶片平均直径在200~500nm，晶片厚度在20~50nm。
丁苯橡胶是最早的工业化的合成橡胶，也是目前产量和消耗量最大的合成橡胶，广泛应用于轮胎工业和汽车零件、电线电缆、胶管胶带等工业产品，以其为基体研究纳米黏土/橡胶复合材料的结构与性能，在理论和应用上均具有重要意义。本文主要研究了纳米黏土/丁苯橡胶复合材料的加工性能、物理机械性能和动态性能等。2实验
2.1原材料
SBR1502，上海越广橡胶化工有限公司；碳酸钙，中国石化南京化工厂；白炭黑，沧州杰威化工有限公司；纳米黏土，Superfil R505，枣庄市三兴高新材料有限公司；其余均为市售工业品。
2.2仪器及设备
XK-250（160）型开放式炼胶机，无锡第一橡胶机械有限公司；QL-25型平板硫化机，上海西玛伟力橡塑机械有限公司；GT-M2000A型橡胶无转子硫化仪、GT-7080-52型门尼黏度试验机、AI-7000-GD型电子拉力机、RH-2000N型压缩生热试验机，高铁检测仪器有限公司；JSM-6510型扫描电镜，JEOL（日本电子公司）；RPA-2000型橡胶加工分析仪，Alpha Technologies。
2.3试样制备
基本配方（质量份）：SBR100，硫磺1.8，氧化锌4，硬脂酸2.5，促进剂NOBS1.2，碳酸钙30，防老剂RD2，PEG40000.3，黏土/白炭黑变量（NT/WCB=0/30，10/20，15/15，20/10，30/0）。
试样制备：按配方在XK-250开炼机上制备SBR母炼胶，在XK-160开炼机上加入黏土/白炭黑（变量），最后加入硫黄，混炼均匀后下片，停放2h后于温度155℃、压力15MPa
【作者简介】侯亚合（1981-），男，山东郓城人，副教授，从事橡胶用
原材料改性及应用研究。
169 . All Rights Reserved.
下硫化，硫化时间为硫化仪测定的工艺正硫化时间（t 90）。2.4性能测试
将纳米黏土/SBR 复合材料样条在液氮中冷冻折断后，表面喷金，用SEM 观察断面表面形貌；采用橡胶加工分析仪测定胶料加工性能，扫描温度90℃，应变幅度0.042；胶料门尼黏度、硫化特性、动态性能、物理机械性能、DSC 热分析均按照相应的ASTM 标准进行。
3结果与讨论
3.1纳米黏土在NR 中的分散
图1
Superfil R 505的扫描
图2纳米黏土/SBR 复合材料电镜照片
的断面扫描电镜照片
图1是Superfil R
505的扫描电镜照片，
可见纳米黏土具有良好的片层状结构，
且晶体分离，具有较好的分散性能；表面含有活性-Si-OH 基团，表面处理后，引入两性基团，一端连
接纳米黏土表面-OH ，另一端与橡胶发生反应。图2是纳米
黏土填充量为15phr 的复合材料电镜照片，其中深背景为SBR 橡胶基体，
白亮点为黏土片层。可见Superfil R 505黏土基本上以纳米级尺寸分散在NR 基体中，也存在少量的聚集
体，其总体分散较为均匀。
3.2纳米黏土/SBR 复合材料的门尼粘度
表1纳米黏土对NR 门尼粘度的影响
其中，1-NT 表示纳米黏土，2-白炭黑，下同。
由表1可以看出，随纳米黏土用量（NT/WCB ）增加，胶料门尼黏度值有较大幅度减小。这是由于该纳米黏土为片层结构，具有中高结构度，利于减低门尼黏度，增加流动性，改善胶料模压充模型能。
3.3纳米黏土/SBR 复合材料的硫化特性
表2
纳米黏土对NR 硫化特性的影响
由表2可以看出，随纳米黏土用量（NT/WCB ）增加，胶料的焦烧时间t 10先增大后减小、
工艺正硫化时间t 90逐渐缩短。这表明该纳米黏土对硫化有较大的促进作用，
使胶料的硫化速度提高；选择合适的填充量，既可以提高生产效率，又能保证胶料加工的安全性。
3.4纳米黏土/SBR 复合材料混炼胶动态性能
图3储能模量与频率关系曲线图4损耗模量与频率关系曲线
由图3和图4可看出，随频率增大，复合材料混炼胶储能模量（G'）与损耗模量（G"）均增大；同一频率下，随纳米黏土用量（NT/WCB ）增加，复合材料G'与G"均减小，纳米黏土
复合材料的加工性能优于白炭黑复合材料。
3.5纳米黏土/NR 复合材料的物理机械性能
表3纳米黏土对NR 物理机械性能的影响由表3可看出，随纳米黏土用量（NT/WCB ）增加，复合材料的拉伸强度、300%定伸应力、撕裂强度呈先升高后下降趋势，耐磨性能逐渐降低，表明纳米黏土在SBR 中具有较好的补强性能，且补强水平高于白炭黑。这主要是由于该纳米黏土为纳米级填料，具有片状形态和较好的分散性，使胶料具有良好的力学性能。
从压缩生热数据可以看出，随纳米黏土用量
（NT/WCB ）增加，复合材料硫化胶的温升、压缩永久变形、最终压缩率、磨耗体积均有较大幅度降低。这是因为经表面改性的纳米黏
土分散性好、生成的交联网络更加均匀，散热性能和承担应力的能力都提高。
3.6纳米黏土/NR 复合材料的玻璃化温度
由图5可看出，改变纳米黏土和白炭黑的用量，复合材
项目NT 1/WCB 2
0/3010/2015/1520/1030/0ML 1+4100℃
58
53
52
51
42
项目NT/WCB 0/3010/2015/1520/1030/0ML/dN ·m
2.69
1.77
偏心轮
1.40
1.13
0.79MH/dN ·m 15.9012.3611.6311.009.96t 10/m:s 5:236:085:195:094:38t 90/m:s 18:2019:0112:4211:419:54
项目NT/WCB 0/3010/2015/1520/1030/0拉伸强度/MPa 14.3514.85
15.1215.047.45扯断伸长率/%737740720756607300%定伸应力/MPa 2.03
2.11 2.20
2.21
2.17
撕裂强度/N ·m -124.8325.7826.5926.1124.51邵氏A 硬度/°5551
525149磨耗体积/cm 3
1.3231.2311.1760.9100.633压缩生热（负荷0.5MPa ；冲程4.45mm ；恒温室温度55℃）
温升/℃27.224.220.119.115.3压缩永久变形/% 5.5 5.5 5.2 4.3 3.4最终压缩率/%
ic卡智能门锁9.168.36
9.968.668.12NT/WCB=0/30NT/WCB=10/20NT/WCB=15/15NT/WCB=20/10NT/WCB=30/0
NT/WCB=0/30
NT/WCB=10/20NT/WCB=15/15NT/WCB=20/10NT/WCB=30/0
1000
1001000
100Frequency,Hz
Frequency,Hz
.
01
.1
110100
.01
.1
110100
(下转第173页)
170
. All Rights Reserved.
料玻璃化温度变化不大，表明纳米黏土与白炭黑对复合材料耐寒性的影响相当。
4结论
纳米黏土、
白炭黑分别与SBR 复合，具有以下特点：①纳米黏土补强性能好，纳米
黏土/SBR 复合材料具有良好的物
涂布刮刀理机械性能；②纳米黏土分散性好、门尼黏度低、焦烧性能好，混炼胶便于加工；③纳米黏土/SBR 复合材料散热性、
耐磨性好。【参考文献】
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苯橡胶纳米复合材料的性能[J].合成橡胶工业,2007,30(1):47-49.【2】张立，吴友平.橡胶的纳米增强及
纳米复合技术[J].合成橡胶工业,2000,23(2):71-77.
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胎工业,1998,18(9):535-538.
(上接第170页)
4结论
通过将倾角仪与天线馈源同轴安装，直接采集天线电轴
角度，避免出现误差累计，直接采用地理角闭环搜索卫星，
并且根据上述设计跟踪流程，实现了天线的快速跟踪，并大大缩短了天线的对星时间，将对星时间缩短到之前的1/2，并在实际天线的应用实践中得到验证，从而完成理论的产生到实践应用的过程。
图6指向跟踪流程图
图5对星流程图
DSC/(mW/mg)
[2.2]放热0.200.150.100.050.00-0.05-0.10-0.15
温度/℃
-80
-60
-40
-20
20
-44.66℃-45.29℃
-
喷淋吸收塔
43.39℃
-45.19℃
-45.69℃
1234
5
[1.2][2.2]
[3.2][4.2]
[5.2]1.NT/WCB=0/30
工业重型防坠器2.NT/WCB=10/20
3.NT/WCB=15/15
4.NT/WCB=20/10
5.NT/WCB=30/0
图5纳米黏土用量对胶料玻璃化温度的影响
结束
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是
否
是
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