丁苯橡胶1

丁苯橡胶1

1. 材料简介

丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯经共聚制得的弹性体。丁苯橡胶是合成橡胶的一种。

单体：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5C2H3 ）。

聚合反应：CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 ——→ -[CH2-CH=CH-CH2-CH (C6H5)-CH2]-n

丁苯橡胶是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶。丁苯生胶是浅黄褐色弹性固体，密度随苯乙烯含量的增加而变大，耐油性差，但介电性能较好；生胶抗拉强度只有20-35千克力/平方厘米，加入炭黑补强后，抗拉强度可达2 50-280千克力/平方厘米；其黏合性﹑弹性和形变发热量均不如天然橡胶，但耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业，汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。

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2. 产品描述

英文名Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber （E-SBR）

生产方法由丁二烯和苯乙烯在低温下进行自由基乳液聚合而制得。

产品性能常温下为白色固体或透明无悬浮物液体，有微芳香味，是一种性能上更优于工业直链烷基苯的洗涤剂产品原料。以其为原料衍生的表面活性剂产品，性能优良，生物降解性能好，耐硬水，皮肤感觉柔和，脱脂力小，更适合低温洗涤，在低温仍有卓越的去污能力。

产品性能SBR－1500是通用污染型软丁苯橡胶的最典型品种，生胶的粘着性和加工性能均优，硫化胶的耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能较好。SBR－1502是通用非污染型软丁苯橡胶的最典型品种，其性能与SBR－1500相当，有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。SBR－1712是一种填充高芳香烃油的软丁苯橡胶的污染性品种，它具有优良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。

用途SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品，如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。SBR-1502广泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品，如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其他一般彩色制品等。SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面胶，轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。

包装与储运SBR-1500和SBR-1502，内包装为一层聚乙烯薄膜，外包装为聚丙烯涂膜编织袋。每袋净重35kg±0.5kg。应存放在干燥、通风、清洁和温度不高于室温的仓库中。贮存时应避免污染、雨淋、水浸和太阳光直射。在运输过程中，不得曝

晒在阳光下，不能混入杂物；不得与易燃品、油污品等堆放在一起。运输车厢应保持清洁，避免包装破损和杂物混入，敞车运输要盖防雨布。本产品保质期为两年。

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3. 固相法改性纳米碳酸钙对丁苯橡胶的补强

纳米碳酸钙是20世纪80年代发展起来的一种新型填料，广泛应用于橡胶和塑料行业。由于其来源广泛，价格低廉，品种规格多，填充量大，着色自由，无毒，对高分子材料具有明显的补强效果，故有着广阔的应用前景。但由于纳米碳酸钙具有表面能高，亲水疏油，极易团聚的特点，难以在非极性或弱极性的橡胶和塑料中均匀分散，限制了其补强作用的发挥。我国橡胶行业大量使用碳酸钙，但多为直接填加未改性的微米级碳酸钙，少数使用硬脂酸包覆的碳酸钙。硬脂酸包覆型纳米碳酸钙仅为物理改性，碳酸钙颗粒在橡胶基体中的分散性虽优于未改性的碳酸钙，但与橡胶基体的作用很弱，易造成应力集中而使断裂发生在填料颗粒与基体之间。为了从根本上改善填料在橡胶基体中的分散，更有效地发挥其补强作用，本文使用带有酚醛结构的反应性有机改性剂对纳米CaCO3进行表面改性制得的改性纳米碳酸钙（M-CaCO3），填充到丁苯橡胶（SBR）中，制备了SBR／M-CaCO3纳米复合材料，对复合材料的力学性能、热稳定性能和耐老化性能等进行了研究，并与工业化产品硬脂酸包覆型纳米碳酸钙（CCR）的性能进行了比较。

1 实验部分

1.1 原材料

CCR：硬脂酸包覆型，平均粒径80nm，pH值8.7~9.5，广东恩平市广平化工实业有限公司产品；M-CaCO3：自制，由带有酚醛结构的反应性有机改性剂在固相粉体状态对纳米CaCO3进行表面改性制得；SBR：牌号1502，吉林石化公司产品；其他橡胶配合剂均为市售工业品。

1．2 试样制备

基本配方（质量份）：SBR 100，氧化锌4，硬脂酸2，促进剂DM 0.5，促进剂CZ

1.5，防老剂4010NA1.5，硫黄1.5，CaCO3变量。

混炼及硫化：采用上海第一橡胶机械厂生产的X（S）K-160型开炼机进行生胶的塑炼以及CaCO3和各种配合剂的混炼。配合剂加料顺序为：活化剂，促进剂，防老剂，填料（纳米碳酸钙）和硫黄。采用上海第一橡胶机械厂生产的25t平板硫化机对试样进行硫化，硫化温度160℃，硫化时间采用台湾优肯公司生产的UR2030型硫化仪测定。

1.3 分析与测试

力学性能：拉伸试验和撕裂强度试验均在台湾优肯公司生产的UT一2060型电子拉力机上进行，拉伸速率为500mm／min。拉伸强度、定伸应力、拉断伸长率和拉断永久变形按GB／T 528—1998测定，撕裂强度（直角形试样，无缺口）按GB／T 529一1999测定。邵尔A型硬度按GB／T531—1999测定。

TEM分析：采用日本电子公司生产的JEM-100 CXⅡ型TEM进行分析，将SB R／CCR和SBR／M-CaCO3纳米复合材料硫化胶试样在液氮中冷冻切片后观察并拍照。

热空气老化性能：将试样置于70℃的热空气老化箱中72h后，计算其热空气老化前后的拉伸强度、拉断伸长率等性能的变化。

热重分析（TGA）：采用美国TA公司生产的TGA 2050型热重分析仪进行测试。在氮气气氛下，以10℃／min的速率升温，从室温（25℃）升至600℃。

2 结果与讨论

2．1 SBR／M-CaCO3和SBR／CCR的力学性能

未补强的SBR力学性能很低，拉伸强度只有1.67MPa，撕裂强度只有8.6kN／m［2］。M-CaCO3对SBR的补强效果明显好于CCR。随着CCR的加入，SBR的拉伸强度和撕裂强度上升趋势缓慢，说明CCR对SBR的补强效果不明显；而加入M -CaCO3，材料拉伸强度大幅度提高。当M-CaCO3添加量为20份时，拉伸强度达到最大18.81MPa，为未补强SBR的11倍，同时也是添加同等份数CCR的5倍；M-CaCO3用量超过40份时拉伸强度呈下降趋势。复合材料300％定伸应力也随着M-CaCO3的加入有较大提高，而随着CCR的加入呈下降趋势。复合材料拉断伸长率随着M-CaCO3用量的增加呈先上升后下降趋势，最大拉断伸长率大于700％，且高于添加CCR。加入M-CaCO3，撕裂强度明显提高，且明显高于添加同等份数的CCR；M-CaCO3用量超过20份时撕裂强度上升趋势缓慢。

材料的硬度和永久变形随着CCR和M-CaCO3份数的增加逐渐变大，体现了Ca CO3作为无机填料的特征。添加M-CaCO3的复合材料永久变形大于添加同等份数C CR。

CCR对SBR补强效果不明显，是由于表面被硬脂酸改性的CCR与橡胶基体结合不牢固，仅为物理改性，CCR在基体中分散性差。M-CaCO3与橡胶间有较强的界面粘结作用，且在橡胶基体中分散性好，因此有很好的补强作用。M-CaCO3添加量为20~40份时，复合材料综合力学性能最好。

2．2 SBR／M-CaCO3和SBR／CCR的微观形态

可看出，CCR在丁苯橡胶中的团聚现象严重，大部分粒子凸出于断面表面，且粒子表面无附胶，说明CCR与橡胶基体结合力弱。由（b）可看出，M-CaCO3在橡胶基体中分散均匀且大多数粒子被橡胶包埋，粒子与橡胶基体之间界面模糊，结合紧密，少数凸出于断裂面的粒子表面有明显的附胶，说明M-CaCO3粒子与橡胶基体之间产生了较强的结合。

2.3 SBR／M-CaCO3和SBR／CCR的热稳定性

由SBR／M-CaCO3和SBR／CCR及SBR在氮气气氛下的失重曲线得到的材料失重率为5％和10％的温度数据如表1所示。可以看出，M-CaCO3和CCR的加入都明显提高了SBR在氮气中的耐热分解性能。SBR／CCR复合材料热失重率为5％和10％时的温度分别比SBR提高了27.4℃和13.5℃；SBR／M-CaCO3复合材料的耐热性能更佳，热失重率为5％和10％时的温度分别比SBR提高了32.6℃和20.9℃。