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摘 要：研究玻璃纖維簾線增強硬質(zhì)天然橡膠和廢膠粉硬質(zhì)橡膠的結(jié)構(gòu)和性能。試驗結(jié)果表明：玻璃纖維簾線增強硬質(zhì)天然橡膠復(fù)合材料的拉伸強度提高1倍多，沖擊斷裂由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g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(zhì)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(guān)鍵詞：玻璃纖維簾線；硬質(zhì)橡膠；天然橡膠；廢膠粉；拉伸強度；沖擊強度
硬質(zhì)橡膠是配合大量硫黃的不飽和橡膠經(jīng)過較長時間硫化得到的玻璃態(tài)聚合物，楊氏模量大于500 MPa、邵爾D型硬質(zhì)大于75度，具有優(yōu)良的耐化學(xué)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(yè)中發(fā)揮一定的作用。近年來，硬質(zhì)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(zhì)橡膠開辟了回收回收廢膠粉利用的新途徑．展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。
硬質(zhì)橡膠強度較高，天然橡膠(NR)基礎(chǔ)質(zhì)橡膠拉伸強度達(dá)到70 MPa，彎曲強艘達(dá)到100 MPa以上，使用廢膠粉制備的硬質(zhì)橡膠材料強度也在40 MPa以上，但是要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)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(zhì)橡膠復(fù)合材料并引入相關(guān)的理論公式對纖維增強硬質(zhì)橡膠的效果進(jìn)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(zhì)橡膠材料。
1 實 驗
1.1 原材料
NR，SCR5，海南瓊海天寶橡膠工貿(mào)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(chǎn)品；玻璃纖維簾線，經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，南京玻璃纖維研究院產(chǎn)品；氧化鎂、硬脂酸、硫黃、促進(jìn)劑DM和促進(jìn)劑D均為市售分析純產(chǎn)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(jìn)劑DM 3，促進(jìn)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(chǎn)的Φ160×32開煉機中薄通，加入氧化鎂和硬脂酸然后加入促進(jìn)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(chǎn)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(zhì)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(chǎn)的萬能拉力試驗機上進(jìn)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(chǎn)的沖擊實驗機進(jìn)行無缺口沖擊強度測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 玻璃纖維簾線增強硬質(zhì)NR的效果
2.1.1 拉伸強度
玻璃纖維簾線增強前后的硬質(zhì)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(zhì)NR拉伸強度提高了1倍多。纖維增強復(fù)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(zhì)橡膠進(jìn)行復(fù)合，因此η0和η1取1。計算得到Ec的理論值為119.2MPa。實際測量得到的玻璃纖維簾線增強硬質(zhì)NR復(fù)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(zhì)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(zhì)NR沖擊斷面對比如圖2所示。由圖2可見，未增強的硬質(zhì)NR沖擊斷面光滑，屬于脆性斷裂；而經(jīng)過玻璃纖維簾線增強的硬質(zhì)NR沖擊斷面變得凹凸不平，材料由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂，沖擊強度大幅度提高，表明玻璃纖維簾線與硬質(zhì)NR之間匹配很好。
2.2 廢膠粉硬質(zhì)橡膠的增強
2.2.1 硫黃用量對廢膠粉硬質(zhì)橡膠基體模量的影響
纖維作為骨架材料增強時，當(dāng)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(zhì)橡膠基體模量相匹配，先考察不同硫黃用量廢膠粉硬質(zhì)橡膠基體的模量變化規(guī)律。
廢膠粉硬質(zhì)橡膠的應(yīng)力-應(yīng)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(qū)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(zhì)橡膠的力學(xué)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(zhì)狀態(tài)，具有一定的韌性，表現(xiàn)出很高的拉斷伸長率，并且5J沖錘未沖斷。當(dāng)硫黃用量達(dá)到14份時材料開始進(jìn)入硬質(zhì)狀態(tài)，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(zhì)橡膠與玻璃纖維簾線復(fù)合后進(jìn)行拉伸強度和沖擊強度測試，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，玻璃纖維簾線增強廢膠粉硬質(zhì)橡膠復(fù)合材料的性能存在著一個佳點，當(dāng)硫黃用量為16份時增強效果好；復(fù)合材料拉伸強度達(dá)到96.8MPa，沖擊強度達(dá)到824.4kJ?m-3。
3 結(jié) 論
（1）玻璃纖維簾線增強硬質(zhì)NR時，模量匹配，增強效果優(yōu)異。
（2）玻璃纖維簾線增強廢膠粉硬質(zhì)橡膠，當(dāng)硫黃用量為16份時增強效果佳。