聚氨酯与天然橡胶合金材料的研究

张华知 张宏 刘志民 黄艳(四川化工职业技术学院， 四川 泸州 646000)

聚氨酯与天然橡胶合金材料的研究

张华知 张宏 刘志民 黄艳(四川化工职业技术学院， 四川 泸州 646000)

本文主要研究聚氨酯与天然橡胶合金材料的力学性能。实验表明：当聚氨酯的量为50份炭黑N330为0份时，合金材料的回弹值最大，硬度最大，定伸应力最大，磨耗最小。当聚氨酯的量为45份炭黑N330为5份时，合金材料的拉伸强度最大，扯断伸长率最大。

聚氨酯；天然橡胶；补强

自1904年Ch.Mottet[1]将炭黑用于橡胶工业以来，橡胶轮胎的磨耗寿命从不足5000km，提高到50000km，拉伸强度从2MPa，提高了10倍左右[2]。炭黑是橡胶的传统补强剂和填充剂，它所特有的补强作用是橡胶工业发展的核心[3]。目前其它填料也在迅猛地发展。聚氨酯弹性体，是一种介于橡胶和塑料之间的弹性材料，既具有橡胶的高弹性，又具有塑料的高强度，它的伸长率大，硬度范围宽广，它的耐磨性也特别突出，同时，它还有优异的耐油、耐冲击、耐低温、耐辐射、隔热、绝缘等性能[4]。因此，聚氨酯与天然橡胶的合金材料具有研究意义。

本实验通过聚氨酯、标准炭黑N330与天然橡胶形成合金材料，讨论聚氨酯的添加量对合金材料性能的影响。利用橡胶回弹仪、邵尔硬度仪、电子拉伸试验机、阿克隆磨耗试验机等表征材料的力学性能[5]。

1 实验部分

(1)原料 天然橡胶：中橡集团炭黑工业研究设计院；聚氨酯：自制；炭黑：N330，工业级，河北龙星化工股份有限公司；硫磺：优等品，硬脂酸：200型，氧化锌：ZnO-X1，促进剂DM：优级品，中橡集团炭黑工业研究设计院。

(2)仪器设备 精密开炼机：ZG-76，东莞市正工机电设备科技有限公司；模具控温机：KSS-12K，东莞市华易制次设备有限公司；精密型自动压片机：ZG-20T，东莞市正工机电设备科技有限公司；冲片机：CP-2中华人民共和国，中共机械器厂；橡胶回弹仪：仿2116，天津市器材料试验机厂；邵尔硬度仪：JLX-A，江都市精艺试验机械有限公司；电子拉伸试验机：CMT5103，深圳市新三思计量技术有限公司。智能型电热恒温鼓风干燥箱：DZF-6020，上海琅轩试验设备有限公司；电子天平：CP214，奥豪斯仪器有限公司。

(3)实验方法 根据国家标准GB/T 3780.18-2007炭黑在天然橡胶中的鉴定方法，采用开炼机的试验步骤，对聚氨酯与天然橡胶的合金材料进行机械混合。以聚氨酯和炭黑N330合金材料作为橡胶的补强剂，5个试样天然橡胶都是100g,分别加入聚氨酯50g、45g、40g、35g、30g，炭黑N330为0g、5g、10g、15g、20g；根据国家标准GB 6038对胶料进行硫化，再测试橡胶的各种性能。

2 结果与讨论

(1)回弹性 橡胶并不是理想的弹性体，它既有弹性又有黏性。回弹性是合金材料品质的重要指标，在不同的使用环境下对弹性有着不同的要求。从图1可以很明显看出随着聚氨酯量的增加，回弹值在增加；当填料全部为聚氨酯时，回弹值达到最大值。

(2)硬度 硫化橡胶的硬度也是橡胶制品的又一重要指标，硬度与填料的性质、填料的配合量有很大关系，比表面积高，结构高的填料，其配合量稍有变化时，硬度则随之发生明显的变化。从图1可以很明显看出随着聚氨酯量的增加，硬度在增加，但增加幅度不大；当填料全部为聚氨酯时的硬度达到最大值。

(2)拉伸应力应变性能 300%定伸应力、拉伸强度、扯断生产率是表征橡胶抵抗外力作用的极限能力，是橡胶使用寿命长短的重要指标。只有合金材料的拉伸强度高的胶料，才能保证在拉伸过程中不断裂，因而具有较高的伸长率。从图2可以看出，随着聚氨酯添加量的增加，合金材料的300%定伸应力在增加，拉伸强度、扯断伸长率有增加趋势。当填料全部用聚氨酯时的300%达到最大值；当聚氨酯的量为45g炭黑N330为5份时，合金材料的拉伸强度最大，扯断伸长率最大。

(3)耐磨性能 耐磨性是橡胶制品使用寿命的保证，也是橡胶制品质量的重要评价标准，具体表征为抗摩擦能力。从图1可以很明显看出随着聚氨酯量的增加，磨耗体积在减少；当填料全部用聚氨酯时的磨耗体积达到最小值。(图1、图2)

3 结论

当聚氨酯的量为50份炭黑N330为0份时，合金材料的回弹值最大，硬度最大，定伸应力最大，磨耗最小。当聚氨酯的量为45g炭黑N330为5份时，合金材料的拉伸强度最大，扯断伸长率最大。

[1]Zimerman B.N.，Kolley Frank N.．The polymer program at the University of Akron new trends[J]．new directions.Polym.News，1989，14(10)：311-317．

[2]李炳炎．炭黑的生产与应用手册[M]．北京：化学工业出版社，2000，P 12．

[3]王梦蛟，李显堂．炭黑[M]．第一版．北京：化学工业出版社，1982，P 255．

[4]郁为民;宫涛;聚氨酯弹性体发展近况与应用开发[A];中国聚氨酯工业协会第十次年会论文集[C];2000年.

[5]张华知，陈建，谢纯，邓乙川，何德聪．螺旋纳米碳纤维对天然橡胶补强性能的研究[J]．弹性体，2014，24(1)：6-8．

图1 聚氨酯的添加量对硬度、回弹值、磨耗体积的影响

图2 聚氨酯的添加量对拉伸应力应变性能的影响