超细二氧化硅微粉在橡胶制品配方中的应用研究

2014-01-27

    超细二氧化硅微粉是山东省济南广达技术开发有限公司开发的环保型新产品,其制备技术依托发明专利《用流化床原理从花岗石加工的锯泥中加工分离近纳米级超细二氧化硅微粉》。超细二氧化硅微粉能溶于苛性碱和氢氟酸,不溶于水、溶剂和酸(氢氟酸除外),耐高温、不燃、无味、无嗅、具有很好的电绝缘性。其化学组成与沉淀法白炭黑相近,由于硅粉具有近纳米级超细颗粒度,使它能够作为填充组分广泛用于橡胶制品、农业化学制品、日用化工制品、树脂复合材料、涂料及玻璃钢制品等许多领域。

    该产品有如下特点:

    1.该产品从造成环境污染的工业废料经特殊工艺处理得到,从而消除污染、变废为宝,完全符合国家大力倡导的绿色环保、循环经济创新型产业政策;

    2.加工分离过程完全采用物理方法,不耗水及任何酸碱化工原料,加工过程低能耗、低消耗,不产生任何污染;

    3.该产品具有近纳米级超细颗粒度(125010.0μm-50002.6μm),使其作为填充组分应用时能表现出非常优异的性能;

    4.新工艺所得到的超细二氧化硅微粉的价格低廉,有利于在某些末端产品,如玻璃钢制品、钢结构及舰船防腐蚀涂料、建筑物无机外墙涂料,防火涂料、PVCPE塑料制品、橡胶制品等,使用本产品作为填充剂大面积得以应用。平均粒径5微米(2500)-10微米(1250)细二氧化硅徽粉可替代橡胶工业常用的沉淀法白炭黑,而其价格只是后者的1/2

    受生产厂委托,我所将该产品在橡胶制品中作为填加组分一补强填充剂做应用研究试验。

    试验共选用寻生橡胶和丁腈橡胶、天然橡胶、氯丁橡胶等四种橡胶作为主体材料,采用再生胶试验配方和耐油密封制品、轮胎胎面胶、电缆护套胶配方作为四组基本胶料配方,在每组配方中分别加入20份沉淀法白炭黑和20(第一组配方中分别加15)超细二氧忙硅微粉(以下简称硅粉),构成加沉淀法白炭黑和加硅粉的2个平行试验配方,分别测定硫化胶的硬度(Hs),拉伸强度(TB),拉断伸长率(EB)100%定伸应力(M100)和拉断永久变形(PS)。对轮胎胎面胶还做了磨耗试验对比。

    1.实验

    1.1原材料品牌及产地

    再生橡胶(RR)(通用型再生胶AI),天津天宇橡胶有限公司;丁腈橡胶(NBRN230S)日本;天然橡胶(NR),标准胶5#,国产;氯丁橡胶(CR232),四川长寿化工厂;沉淀法白炭黑,苏州市新创化工有限公司:超细二氧化硅微精(2500),济南广达技术有限公司。其他原材料均市售

    产品。

    1.2主要仪器和设备

    X(K)-160开炼机,上海橡胶机械厂;420×420电热平板硫化机,上海西玛伟力橡塑机械有限公司;CMT4230电子万能拉力试验机,美斯特工业系统(中国)有限公司;TH200邵氏硬度计,北京时代之峰科技有限公司;.阿克隆磨耗机,高铁检测仪器厂。

    1.3试验配方

    试验共有四组8个配方。

    1.第一组,再生胶试验配方见表1

    2.第二组,橡胶耐油密封制品配方见表2

    3.第三组,轮胎胎面胶配方见表3

    4.第四组,电缆护套胶料配方见表4

    1.4性能测试

    硫化胶的硬度按GB/T531.1-2008测定;硫化胶的拉伸性能按GB/T528-2009测定,拉伸速度为500mm/min;橡胶磨耗性能按GB/T1689-1998测定。

    2.结果与分析

    2.1小配方试验胶料的性能对比

    8个配方的性能测试数据见表5

    2.2对比分析

    第一组,在再生胶试验配方中,加入硅粉的配方2比加入沉淀法白炭黑的配方1物性略有降低,TB下降1.9MPaEB下降47%M100上升0.4MPaPS下降4%

    第二组,在以NBR为基材的耐油密封制品配方中,加入硅粉的配方4的物性优于加入沉淀法白炭黑的配方3TB上升0.2MPaEB上升12%M100下降0.4MPaPs相同。

    第三组,在以NR为基材的轮胎胎面胶配方中,配方6与配方5比较,TB上升4.5MPaEB下降6%M100上升0.2MPaPS相同。但是配方5的硫化时间比配方6增加了一倍,即155℃×30分,表明沉淀法白炭黑对胶料硫化有延迟作用。总的说,加入硅粉的胶料物性和硫化工艺特性优于加入沉淀法白炭黑的胶料,尤其是硅粉的补强效果好于沉淀法白炭黑,而且不迟延硫化。

    此外,配方6与配方5的磨耗性能基本相当。配方50.5cm3/1.61km,配方60.6cm3/1.61km。加入硅粉肋硫化胶磨耗值高出0.1cm3/l.61km。这可能与硅粉的粒径仍然不如沉淀法白炭黑细有关。

    第四组,在以CR为主体材料的电缆护套胶料配方中,配方8与配方7相比,TB上升1.8MPaEB上升47%M100下降2.8MPaPS下降4%。总的说,加入硅粉的配方8的性能优于加入沉淀白炭黑的配方7,表明硅粉的补强效果优于沉淀法白炭黑。

    1.结论

    根据以上四组配方的试验结果分析,可以初步看出:

    在多种通用橡胶和再生胶中以及在多种橡胶制品配方中,硅粉具有较好的补强填充作用,其补强效果能接近或优于沉淀法白炭黑,磨耗性能也与沉淀法白炭黑基本相当。可以替代同等份额的浅色补强填充剂(20份沉淀法白炭黑)。同时由于硅粉的售价较低(平均价格只是沉淀法白炭黑的1/2),在生产应用中可以获得较高的性价比。因此在橡胶工业中可以作为一种新韵补强填充剂推广应用。

    超细二氧化硅微粉另有一个突出的特点,即它不像沉淀法白炭黑那样,在某些胶料配方中会迟延硫化,无需在配方中增加硫化促进剂或延长硫化时间。

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