不同填料对胶料综合性能影响力分析

填料对胶料力学性能影响力分析GB20688.３（建筑隔震橡胶支座）中规定了支座成品的力学性能，其中压缩性能和剪切性能是建筑减隔振支座很重要的性能，决定建筑隔震支座是否合格。这两项性能与胶料的硬度、剪切模量和阻尼比息息相关。在工厂化生产中，多是调整填料用量满足支座产品对胶料力学性能要求，但是填料对胶料性能影响是多方面的，需要进过多次调整才能得到满足要求的胶料配方。本文利用正交试验设计方法，研究填料N550、K770和增黏树脂2402对胶料硬度、拉伸强度、扯断伸长率、硬度、剪切模量和阻尼比的影响力，为以后设计合理的橡胶配方提供有价值的参考。

一、实验部分

1.原材料

实验原材料见表1。

2.实验仪器

实验仪器见表2。

3.配方设计

选择N550，K770，增黏树脂2402 为影响胶料性能的因素，设计正交试验，见表3。

表3不同影响因素水平表

根据表3，共需做9组试验，正交实验安排见表4

注：其他（份），NR(100)、ZnO(4)、硬脂酸(1.5)、RD(1.5)、4020(1.5)、微晶蜡(2)、机油(10)、S(1.5) 、TMTD(0.8)、DM(0.8)

4.性能测试

硬度按GB/T 531.1的规定进行。

拉伸强度和扯断伸长率按GB/T 528的规定进行，采用Ⅰ型哑铃试样，拉伸速度500±50 mm/min，初始标距为25mm。

剪切模量和阻尼比按GB/T 20688.1 的规定，试样采用橡胶型剪切试样。

二、结果与讨论

对1#～9#配方进行力学性能测试，结果见表5。

表51～9#配方力学性能测试结果

1.三种填料对胶料硬度影响

三种填料对胶料硬度影响极差分析见表6。

极差反映出各个因素对胶料某种性能的影响能力，极差越大，说明影响力越大。

从表6可以看出：对胶料硬度影响主次顺序为N550、增黏树脂2402、K770。硬度是表征橡胶材料刚性的指标，表示一定形变所需要的力，与建筑间隔震橡胶支座的压缩性能息息相关。N550属于补强性填料，粒径小，活性大，因此对胶料硬度影响力最大；增黏树脂2402属于酚醛树脂，它能促进硫化胶三维网络结构形成，能有效增加抵抗一定形变所需力值，因此对胶料硬度影响力居中；K770属于半补强性填料，粒径中等，活性稍弱，因此对胶料硬度影响力最弱。

2.三种填料对胶料拉伸强度影响

三种填料对拉伸强度影响极差分析见表7。

从表7可以看出：对胶料拉伸强度的影响主次顺序为N550、K770、增黏树脂2402。

众所周知，补强能力大小是影响胶料拉伸强度的重要因素之一。炭黑是橡胶材料主要的

补强剂，因此对胶料拉伸强度影响力最大；K770是一种纳米高岭土，主要做橡胶材料的填充剂，补强作用稍弱，因此对胶料拉伸强度影响力居中；增黏树脂2402是一种增粘剂，无补强作用，加入后一定程度上降低了橡胶材料的拉伸强度，因此对胶料硬度影响力最弱。3.三种填料对胶料扯断伸长率影响

三种填料对胶料扯断伸长率影响极差分析见表8。

从表8中可以看出，对胶料扯断伸长率影响主次顺序为N550、增黏树脂2402、K770。扯断伸长率与拉伸强度有一定的相关性，只有较高的拉伸强度，才能保证在受力过程中，大分子链不被扯断，保持较高的伸长率，但是当拉伸强度高的一定程度后，扯断伸长率会下降，尤其是在硬度较高的情况下。因此对扯断伸长率的影响是复杂的。因此本实验中，对胶料拉伸强度和扯断伸长率影响主次顺序不相同，在实际大生产中，必须根据小试的结果进行配方调整。

4.三种填料对剪切模量影响分析

三种填料对胶料剪切模量影响极差分析见表9。

从表9可以看出：对胶料剪切模量的影响主次顺序为增黏树脂2402、K770、N550。

剪切模量是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。它表征材料抵抗切应变的能力。加入增黏树脂2402后，促进硫化胶三维网络结构形成，抵抗切应变能力增加，因此对胶料剪切模量影响力最大；K770属于人工合成层状硅酸盐结构，受到剪切应力时，与橡胶结合部位易于滑动，因此对胶料剪切模量的影响力居中；N550与橡胶大分子间形成结合橡胶，结合强度大，不易滑动，因此对胶料剪切模量影响力最弱。5.三种填料对阻尼比影响分析

三种填料对胶料阻尼比影响极差分析见表10。

表10三种填料对胶料阻尼比影响极差分析表

从表10中可以看出，对胶料阻尼比影响主次顺序为2402、K770、N550。

阻尼比是无单位量纲，表示结构在受激振后振动的衰减形式，它是表征建筑隔震支座是否具有减震能力的指标。胶料的阻尼比越大则材料在受到激振后能将震动能量尽快消耗。2402是一种增黏树脂，可以增加胶料的滞后性，所以对阻尼比的影响最大。K770对橡胶材料阻尼性能的影响有两个方面：一是导致材料的自由体积变大，产生稀释效应，从而降低胶料的阻尼性能；二橡胶材料受外力作用发生变形时，层间会发生取向，从而使填料与橡胶之间产生摩擦，增大阻尼；这两种作用的强弱取决于其用量的多少，在本实验用量范围内，K770能增大胶料阻尼性能，对胶料阻尼比影响力居中；N550由于粒径小，活性高，对胶料阻尼比影响力最弱。

三、结论

（1）三种填料对胶料的各项物理性能均有影响，但是对胶料各项物理性能影响能力不同。

（2）N550对胶料的硬度、拉伸强度和扯断伸长率有较大影响。

（3）K770是一种对胶料力学性能影响胶小的填料。

（4）当2402用量＜5份时，对胶料的硬度，强度，影响较小，但是对胶料的剪切模量和阻尼比有较大的影响。