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    1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明以后，美、日等發(fā)達(dá)國家用超微加工技術(shù)開始制造100 nm以下的微小結(jié)構(gòu)材料。我國自80年代中期開始從事納米技術(shù)的研究，十幾年來已在超微加工納米材料的制造與應(yīng)用上取得了很大成效，可以說已接近國際水平。

    橡膠是一種伸縮彈性優(yōu)異的高分子材料，廣泛用于汽車輪胎、防水片材、膠帶、膠管、密封件等的制造，已有近百年的歷史。在應(yīng)用橡膠材料的過程中，通常在膠料中加八各種填料，以提高橡膠材料的性能，滿足現(xiàn)代工程所需要的強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性等各種性能。當(dāng)材料的結(jié)構(gòu)單元小到納米級時(shí)，材料的性質(zhì)發(fā)生了重大變化，不僅明顯改善了原有材料的性能，而且會(huì)有新的性能或效應(yīng)產(chǎn)生，即納米材料所特有的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)及體積效應(yīng)。納米材料與高分子材料大分子之間的接枝作用，不但可以顯著提高高分子材料的綜合性能，還可提高其熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而達(dá)到提高高分子材料的使用性能，延長制品使用壽命的目的。

    氧化鋅作為一種傳統(tǒng)的橡膠填充劑，在橡膠中主要是作為活性劑，其次用作補(bǔ)強(qiáng)劑和著色劑，本工作研究了納米氧化鋅對膠料物理性能的影響。

    1.實(shí)驗(yàn)

    1.1 原材料

    NR，海南農(nóng)墾橡膠有限公司產(chǎn)品；BR，中國石化北京燕山石油化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品；納米氧化鋅(粒度為10～20 nm)，山西省豐海納米科技有限公司產(chǎn)品；其它材料均為橡膠工業(yè)常用原材料。

    1.2 試驗(yàn)配方

    A1(試驗(yàn)配方)：NR 50；BR 50；炭黑53；防老劑3；促進(jìn)劑0．8；硫黃1．5；納米氧化鋅3；操作油7；硬脂酸3；其它3．5。

    A2(生產(chǎn)配方)：除使用普通氧化鋅等量替代納米氧化鋅外，其它配方組分和用量均與試驗(yàn)配方A1相同。

    B1(試驗(yàn)配方)：NR 80；BR 20；納米氧化鋅5，炭黑42；防老劑3；促進(jìn)劑0．8；硫黃2．2；操作油5；硬脂酸2．5。

    B2(生產(chǎn)配方)：除使用普通氧化鋅等量替代納米氧化鋅外，其它配方組分和用量均與試驗(yàn)配方B1相同。

    1.3 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

    XK-160型開煉機(jī)，廣東湛江橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；孟山都T-10電子拉力機(jī)和2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國孟山都公司產(chǎn)品；M200E型門尼粘度儀，北京市友深電子儀器廠產(chǎn)品；阿克隆磨耗機(jī)和YS-25-Ⅱ型壓縮試驗(yàn)機(jī)，上?；瘷C(jī)四廠產(chǎn)品。

    1.4 試樣制備

    小配合試驗(yàn)?zāi)z料在XK-160型開煉機(jī)上進(jìn)行混煉；車間大料混煉分兩段在GK．270密煉機(jī)上進(jìn)行。

    1.5 性能測試

    成品物理性能、耐久性能和高速性能按GB／T 528-1998．GB／T 689-1998．GB／T531—92，GB 45O1—84和GB／T 7035—93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。膠料的物理性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

    2.結(jié)果與討論

    2．1 納米曩化鋅的化學(xué)分析

    由于還沒有納米氧化鋅相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)．因此化學(xué)分析按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，化學(xué)分析結(jié)果見表1。

    由表1可以看出，納米氧化鋅的化學(xué)分析測試結(jié)果均符合指標(biāo)要 求．尤其比表面積遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

    2．2 小配合試驗(yàn)

    小配合試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

    從表2可以看出，對于來硫化膠，使用納米氧化鋅膠料的焦燒時(shí)間較正常生產(chǎn)配方有所縮短．硫化速度加快，這主要是由于同普通氧化鋅相比，納米氧化鋅粒徑小，比表面積大，配位嚴(yán)重不足，因而具有較高的高活性所致；膠料的門尼粘度基本保持一致。硫化膠的拉伸性能較正常生產(chǎn)配方有所提高，特別是膠料的撕裂強(qiáng)度、H抽出力和磨耗性能較正常生產(chǎn)配方有明顯提高，硫化膠的壓縮永久變形和生熱低于正常生產(chǎn)配方．這主要是由于納米材料所特有的小尺寸效應(yīng)以及由此產(chǎn)生的其它效應(yīng)所致，同時(shí)與大顆粒材料相比，納米材料由于尺寸小，可以深入到橡膠不飽和鍵附近，并與橡膠分子的不飽和鍵的電子云發(fā)生淤滲作用，從而提高了橡膠的穩(wěn)定性；納米氧化鋅由于比表面積大。表面嚴(yán)重配位不足，導(dǎo)致具有很高的活性，同時(shí)由于納米材料與橡膠大分子之間以及橡膠大分子與尼龍66分子之間可以實(shí)現(xiàn)分子水平上的結(jié)合。即納米材料與橡膠分子的接枝作用，達(dá)到了提高橡膠性能的目的。

    2．3 車間大料試驗(yàn)

    為進(jìn)一步驗(yàn)證納米氧化鋅對膠料性能的影響．選用試驗(yàn)配方A1和B1進(jìn)行車間大料試驗(yàn)并與正常生產(chǎn)配方A2和B2進(jìn)行對比。混煉采用與正常生產(chǎn)配方相同的生產(chǎn)工藝，車間大料性能測試結(jié)果見表3。從表3可以看出，車間大料物理性能與小配合試驗(yàn)基本一致。

    2．4 成品試驗(yàn)

    通過小配合及車間大料試驗(yàn)結(jié)果可以看出，納米氧化鋅可以有效提高膠料的綜合性能，為此在輪胎配方中全部使用納米氧化鋅替代普通氧化鋅進(jìn)行了9．00—20 16PR外胎的成品試制。并與正常生產(chǎn)的同規(guī)格輪胎進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

    從表4可以看出，使用納米氧化鋅的試驗(yàn)輪胎胎冠膠物理性能明顯優(yōu)于正常生產(chǎn)輪胎，成品性能好于正常膠料生產(chǎn)的輪胎。這也與小配合試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

    2．5 輪胎里程試驗(yàn)

    用納米氧化鋅等量替代普通氧化鋅試制了一批9．00—20 16PR輪胎進(jìn)行輪胎里程試驗(yàn)．結(jié)果見表5。從表5可看出，使用納米氧化鋅的試驗(yàn)輪胎累計(jì)平均磨耗高于正常生產(chǎn)的輪胎。

    3.結(jié)論

    納米氧化鋅與普通氧化鋅相比，具有粒徑小、比表面積大、活性高的特點(diǎn)。納米氧化鋅可與橡膠分子實(shí)現(xiàn)分子水平上的結(jié)合，即納米氧化鋅與橡膠分子的接枝作用。可達(dá)到提高膠料性能的目的，尤其是膠料的耐磨性能、H抽出力和撕裂性能的提高比較顯著。且成品性能也得到相應(yīng)改善。

                  魏愛龍，魏廷賢，楊風(fēng)偉，胡群緒，袁鵬翔