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本实验采用乳液插层法,制备蒙脱土、累托石两种黏土补强天然橡胶(NR)纳米复合材料,并按两种不同方式加入界面剂:直接添加(NR100)或替代等量天然橡胶(NR90),研究黏土种类及界面剂对复合材料结构及性能的影响。结果表明:与蒙脱土天然橡胶纳米复合材料(MMT／NR)相比,累托石天然橡胶纳米复合材料(REC／NR)的综合性能较好:交联密度较高,定伸较大,拉伸及撕裂强度较强,耐磨性能较好,抗湿滑性能较高,抗切割性能较低,抗拉伸疲劳性能基本不变。与直接添加界面剂相比,界面剂替代等量天然橡胶的综合性能较好,尤其是耐磨性能得到明显提高。
在累托石用量20phr,界面剂等量取代天然橡胶的基础上,通过配方设计与性能的研究,探索了并用不同用量和种类的纳米填料对累托石／天然橡胶纳米复合材料性能的影响。实验发现:
1.在20phr累托石补强的基础上并用少量(5-20phr)炭黑(N330)后,材料的基本力学性能及抗湿滑性能基本不变,而抗切割性能及磨耗性能得到提高。炭黑并用量15-20phr时是最佳并用比,复合材料的抗切割性能和磨耗性能分别提48％和20％左右,但随着炭黑并用量的增加,REC／NR纳米复合材料的生热逐渐升高；与相同用量炭黑补强的天然橡胶纳米复合材料相比,累托石与炭黑并用补强材料的定伸应力较高,抗湿滑性能及抗切割性能较好,但耐磨性能较差。
2.在累托石补强的基础上并用白炭黑(VN3),抗切割性能逐渐提高,REC20／Si20耐切割性能最好,提高约50％；磨耗性能增强,在白炭黑并用量15phr时耐磨性最好,提高约27％:材料的抗湿滑性能随着白炭黑用量的增大逐渐增强,但动态压缩生热逐渐增加。与相同用量白炭黑补强天然橡胶纳米复合材料相比,累托石与白炭黑并用补强的天然橡胶纳米复合材料的定伸较高,拉伸及撕裂强度稍低,永久变形较大,生热稍高,耐磨及抗切割性能较差。
蒙脱土属于层状硅酸盐,形状因子较大,可以对裂纹产生阻隔能力,因此本文研究了蒙脱土对材料耐疲劳性能的影响,发现,少量蒙脱土替代等量炭黑,可以提高胶料的耐屈挠疲劳性能及抗裂纹增长能力,蒙脱土用量3phr时,效果最好。纯蒙脱土补强的乳聚丁苯橡胶(ESBR)中,蒙脱土用量5phr时,材料的抗裂纹增长能力最强,蒙脱土用量超过10phr后,材料的抗裂纹增长能力基本不变。