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表面改性炭黑作为填料的橡胶复合材料的性能-山西炭黑厂

作者:管理员 来源:本站 浏览:934 发布时间:2015-12-12 20:56:38

表面改性炭黑作为填料的橡胶复合材料的性能

摘要:用酸、碱处理以及在CO2中物理活化以达到不同改性程度的方法对炭黑N330进行表面改性从而补强橡胶。与添加未处理炭黑的复合材料相比,添加用酸碱处理的炭黑的SBR (苯乙烯 丁二烯橡胶)橡胶复合材料拉伸强度和断裂伸长率均得到提高。CO2中激活炭黑的孔隙率竟然是老化程度的增函数。在低的炭黑加载率时,由于激活后炭黑表面紊乱,填料和聚合物之间的相互作用增加。但填充量的增加,橡胶复合材料的机械性能急剧下降。与添加未处理炭黑的复合材料相比,填充激活炭黑的丁苯橡胶复合材料的电磁干扰屏蔽特性EMI74 %的收益率时,表现出更好的电磁屏蔽效能

 

关键词:炭黑,表面改性,橡胶补强,电磁屏蔽性

                       

引言

橡胶是一个日益重要的工程材料,更好的了解其机械性能和电气性能是必需的硫化胶几乎总是包含细颗粒填料其中炭黑是最重要的。增强主要是增强强度和与强度相关的性能,如耐磨性,硬度和弹性模量众所周知,结构,表面特性,尤其是颗粒填料的尺寸大小是决定其在复合材料的增强作用的主要因素。

    在这项工作中,为了使填料和聚合物之间有良好的附着力,改善炭黑填充SBR橡胶复合材料力学性能和电磁屏蔽特性,对炭黑填料进行表面处理,如酸/碱处理和CO2激活

实验部分

炭黑N330蓬松( N330 -FDC化工有限公司提供。由N330 –F-,N330 –F-BN330 - F- CO2分别表示酸,碱处理和二氧化碳活化N330 –F炭黑样品。在哈克Rheomix600内部搅拌系统进行混合。

配方橡胶( 100份),炭黑( 60,氧化锌( 5份),硬脂酸(2份),分散剂(EF44, 3份),加速器( N - Oxydiethylene -2 benzothiazolesulfenamide, 1份)和硫(2份) 

测量填充SBR硫化胶性能,复合材料CARVER热压机下中,在1 MPa145 条件下处理 35分钟

77K下,通过物理吸附与表面分析仪(自动分析仪,体积吸附Autosorb -1 ,康塔)的测试炭黑比表面积和孔隙率进行了表征。透射电子显微镜(TEM)观察活化炭黑表面。根据ASTM方法复合材料的力学性能UTM(LLOYD LR5K)在室温,500毫米/分钟的测试速度下测定。使用屏蔽测量系统( Hewlett-Packard公司, HP - 8720C )根据在ASTM D4935所描述的方法测量各种填料填充橡胶复合材料的电磁屏蔽效果。

结果与讨论

 

1给出了different yields改性炭黑比表面积和孔结构。酸和碱处理的炭黑比未处理炭黑表现出稍高点的比表面积。对于CO2活化炭黑,导致炭黑的孔隙率是一个老化程度的增函数导致比表面积急剧

 改性炭黑N330 -F的性质

 

 

 

 

样品

Yield

%

电阻率

Ω•cm

细观孔隙体积

cc·g-1

微孔隙体积

cc·g-1

总孔容积

cc·g-1

BET

m2·g-1

Raw N330-f

100

0.0744

0.10406

0.03667

0.14073

80

N330-f-A

~

0.0711

0.11600

0.04923

0.16523

90

N330-f-B

~

0.0602

0.09204

0.04764

0.13968

83

N330-f-CO2

(950 400 sccm 3 hr)

74

0.0813

0.3205

0.2094

0.5299

394

N330-f-CO2

(1000 400 sccm 3 hr)

62

0.0753

0.4219

0.3019

0.7238

582

N330-f-CO2

(1000 700 sccm 3 hr)

57

0.0667

0.4331

0.4006

0.8337

724

1,从高分辨TEM图像可以清楚地看到57%激活的比活化程度低的炭黑形成更多的空隙。CO2活化后,炭黑填料的表面结构紊乱的增加料与聚合物之间的相互作用起到了重要作用

(a)                                (b)

Fig. 1. HR-TEM images of (a) N330-f-CO2-74% and (b) N330-f-CO2-57%(×100,000).

 

正如图2所示,与填充未处理炭黑相比,填充表面化学改性炭黑丁苯橡胶复合材料的拉伸强度和断裂伸长率得到提高。并且碱处理炭黑比酸处理炭黑表现出更好的补强效果。是假设碱处理可能导致形成一个有利于诱导碳表面官能团和SBR的表面基团之间的强烈的分子间相互作用的官能团

3由于CO2活化炭黑形成较发达的表面异质,从而增加了炭黑和丁苯橡胶之间的粘连程度。因此与添加未处理炭黑的材料相比,添加2030份激活炭黑橡胶复合材料的力学性能得到改善。但加入30份后力学性能的大幅下降这被认为在较高的加载加入比表面积非常大填料获得充分分散的橡胶混合物困难。考虑到橡胶复合材料在填充60份激活炭黑时,其300定伸应力再次大幅增加,它可以解释橡胶复合材料的韧性大大提高同时,他们变得更脆

4所示,炭黑/橡胶复合材料EMI屏蔽有效性填料加载的函数,填充6074%收益率的激活炭黑的橡胶复合材料显示最高的电磁屏蔽效能,这是由于在橡胶基质中形成较为发达的连续导电填料网络

结论

与未处理炭黑相比,酸和碱处理的炭黑比表面积略有增加。CO2活化过程中炭黑的孔径扩大微孔结构得到发展,导致比表面积急剧增加。与填充未处理炭黑的材料相比,填充由酸和碱处理炭黑丁苯橡胶复合材料的断裂伸长率,拉伸强度得到改善。激活炭黑填充橡胶复合材料的机械性能在加载率较低得到改善,但由于在基质中得到更好的填料分散困难以至于达30以后其机械性能大幅下降。橡胶复合材料的电磁屏蔽效能随炭黑用量的增加而增强,且由于在橡胶基质中形成较为发达的连续导电填料网络,复合材料在加入6074%收益率的激活炭黑时获得EMI最高值。

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