摘　要：研究玻璃纖維簾線增強硬質天然橡膠和廢膠粉硬質橡膠的結構和性能。試驗結果表明：玻璃纖維簾線增強硬質天然橡膠復合材料的拉伸強度提高1倍多，沖擊斷裂由脆性斷裂轉變為韌性斷裂，沖擊強度大幅度提高；玻璃纖維簾線增強廢膠粉硬質橡膠的拉伸強度和沖擊強度也明顯提高，且在硫黃用量為16份時玻璃纖維簾線的增強效果佳。
關鍵詞：玻璃纖維簾線；硬質橡膠；天然橡膠；廢膠粉；拉伸強度；沖擊強度

　　硬質橡膠是配合大量硫黃的不飽和橡膠經過較長時間硫化得到的玻璃態聚合物，楊氏模量大于500 MPa、邵爾D型硬質大于75度，具有優良的耐化學腐蝕性和電絕緣性，至今仍用作防腐襯里和絕緣材料等，在工業中發揮一定的作用。近年來，硬質橡膠再度成為研究熱點，并已取得了新的突破。利用廢膠粉制箭硬質橡膠開辟了回收回收廢膠粉利用的新途徑．展現了很好的應用前景。
　　硬質橡膠強度較高，天然橡膠(NR)基礎質橡膠拉伸強度達到70 MPa，彎曲強艘達到100 MPa以上，使用廢膠粉制備的硬質橡膠材料強度也在40 MPa以上，但是要應用在結構性材料上還存在一定的差距。
　　本工作使用玻璃纖維簾線作為增強骨架材料，以期制備高強度硬質橡膠復合材料并引入相關的理論公式對纖維增強硬質橡膠的效果進行評價，后利用回收輪胎廢膠粉制備低成本的玻璃纖維簾線增強硬質橡膠材料。

1　實　驗

1.1　原材料
　　NR，SCR5，海南瓊海天寶橡膠工貿有限公司提供；粒徑不大于0.625mm的膠粉，北京元合天地科技股份有限公司產品；玻璃纖維簾線，經硅烷偶聯劑處理，南京玻璃纖維研究院產品；氧化鎂、硬脂酸、硫黃、促進劑DM和促進劑D均為市售分析純產品。
1.2　試樣制備
　　試驗配力：NR或廢膠粉  100，氧化鎂  5，硬脂酸 1，硫黃 40(廢膠粉中為變量)，促進劑DM  3，促進劑D 1.5。
　　將NR或廢膠粉膠料置于廣東湛江橡塑機械廠生產的Φ160×32開煉機中薄通，加入氧化鎂和硬脂酸然后加入促進劑DM和D，再加入硫黃混煉后出片，裁出樣條輪廓。纖維簾線增強試樣為混煉膠樣條平鋪玻璃纖維簾線。所有樣條在上海橡膠機械制造廠生產的25 t電熱平板硫化機上硫化，硫化條件為150℃／15 MPa×3h。
1.3　性能測試
　　拉伸樣條尺寸為150 mm×12.5 mm×3mm，其中玻璃纖維簾線增強硬質橡膠拉伸樣條平鋪6根Φ0.8 mm的長玻璃纖維簾線，在深圳SAN公司生產的萬能拉力試驗機上進行拉伸強度測試；沖擊試驗樣條尺寸為120 mm×15mm×10mm，用日本CEAST公司生產的沖擊實驗機進行無缺口沖擊強度測試。

2　結果與討論

2.1　玻璃纖維簾線增強硬質NR的效果
2.1.1　拉伸強度
　　玻璃纖維簾線增強前后的硬質NR拉伸強度對比如圖1所示。由圖1可見，玻璃纖維簾線增強后的硬質NR拉伸強度提高了1倍多。纖維增強復合材料的拉伸強度理論計算公式如下：

式中：

　　由于玻璃纖維簾線高度取向，并且作為骨架材料完整地與硬質橡膠進行復合，因此η₀和η₁取1。計算得到E_c的理論值為119.2MPa。實際測量得到的玻璃纖維簾線增強硬質NR復合材料的拉伸強度為124.1MPa，超過了理論計算值，表明作為骨架材料的玻璃纖維簾線的增強效果很好。

2.1.2　增韌效果
　　玻璃纖維簾線增強后硬質NR沖擊強度由未增強時的121.3kJ?m^-3提高到607.2kJ?m^-3。玻璃纖維簾線增強前后的硬質NR沖擊斷面對比如圖2所示。由圖2可見，未增強的硬質NR沖擊斷面光滑，屬于脆性斷裂；而經過玻璃纖維簾線增強的硬質NR沖擊斷面變得凹凸不平，材料由脆性斷裂轉變為韌性斷裂，沖擊強度大幅度提高，表明玻璃纖維簾線與硬質NR之間匹配很好。

2.2　廢膠粉硬質橡膠的增強
2.2.1　硫黃用量對廢膠粉硬質橡膠基體模量的影響
　　纖維作為骨架材料增強時，當與基體材料形成較好的模量匹配時，纖維對基體材料的增強效果佳。為了使玻璃纖維簾線與廢膠粉硬質橡膠基體模量相匹配，先考察不同硫黃用量廢膠粉硬質橡膠基體的模量變化規律。
　　廢膠粉硬質橡膠的應力-應變曲線如圖3所示。由圖3可見，隨著硫黃用量的增大，基體模量增大，硫黃用量10~20份為模量變化的敏感區域。

2.2.2　玻璃纖維簾線增強效果
　　不同硫黃用量廢膠粉硬質橡膠的力學性能如表1所示。由表1可以看出：隨著硫黃用量的增大，材料的拉伸強度增大；由于硫黃用量為12份時，材料處于半硬質狀態，具有一定的韌性，表現出很高的拉斷伸長率，并且5J沖錘未沖斷。當硫黃用量達到14份時材料開始進入硬質狀態，隨著硫黃用量的增大，拉斷伸長率及沖擊強度逐漸增大。

　　將廢膠粉硬質橡膠與玻璃纖維簾線復合后進行拉伸強度和沖擊強度測試，結果如圖4所示。由圖4可見，玻璃纖維簾線增強廢膠粉硬質橡膠復合材料的性能存在著一個佳點，當硫黃用量為16份時增強效果好；復合材料拉伸強度達到96.8MPa，沖擊強度達到824.4kJ?m^-3。

3　結　論

　?。?）玻璃纖維簾線增強硬質NR時，模量匹配，增強效果優異。
　?。?）玻璃纖維簾線增強廢膠粉硬質橡膠，當硫黃用量為16份時增強效果佳。