（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）重晶石(BaSO4) 具有密度大、硬度低、化學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點，是一種重要的非金屬礦物原料。近年來，重晶石的國際需求一直處于高增長的態(tài)勢。由于其廉價的成本和特殊的性質(zhì)，使其在造紙工業(yè)、橡膠和塑料工業(yè)等方面取得了廣泛的應(yīng)用。但其與橡塑材料界面相容性差的缺陷嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。
目前，研究者采用多種技術(shù)手段對重晶石進(jìn)行深加工改性，使重晶石產(chǎn)生了高活性表面和化學(xué)活性點，從而為制備功能材料提供了必要的條件。重晶石作為無機填料在塑料中的應(yīng)用研究主要集中在重晶石對聚合物樹脂的改性。張德等研究了重晶石表面改性及改性重晶石在丁苯橡膠中的應(yīng)用，確定了改性劑的種類、用量和最佳改性溫度，并對改性效果進(jìn)行了評價。
本實驗利用硬脂酸對重晶石進(jìn)行表面活化改性，并通過直接共混法制備重晶石/ 橡膠復(fù)合材料，研究了重晶石對天然橡膠的補強效果。該項目的研究既能提高重晶石的附加值，降低橡膠材料的生產(chǎn)成本，又能為制備具有特殊硬度、耐磨性及耐老化性的新型材料提供技術(shù)參考，拓寬重晶石的應(yīng)用領(lǐng)域.
1 實驗部分
利用硬脂酸對重晶石進(jìn)行有機活化改性，通過直接共混法制備重晶石/ 天然橡膠(NR) 復(fù)合材料。研究復(fù)合材料的拉伸性能、硬度、耐磨性能變化規(guī)律。
2 結(jié)果與討論
2.1 重晶石用量對拉伸性能的影響
改性前后重晶石用量對材料拉伸強度的影響分別見圖3。從圖3 中可以看出，隨著重晶石添加量的增加，重晶石/ 橡膠復(fù)合材料的拉伸強度顯著增加。當(dāng)重晶石添加量為30% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同） 時，拉伸強度達(dá)到最大值。重晶石添加量如果繼續(xù)增大，拉伸強度下降。這主要是因為，隨著無機重晶石粒子的引入，一方面由于NR基體與重晶石粒子之間的界面作用，使得部分應(yīng)力可以轉(zhuǎn)移至模量比聚合物基體大很多的無機粒子上，在基體內(nèi)產(chǎn)生很多微變形區(qū)，吸收大量的能量，使材料承受外力的能力得到了加強，因而材料的拉伸強度逐漸上升。當(dāng)重晶石含量較高時團(tuán)聚極為嚴(yán)重，成為明顯的內(nèi)部缺陷，在外力作用下成為應(yīng)力集中點，從而造成材料拉伸性能的降低。相同的重晶石添加量時，改性重晶石/ 橡膠的拉伸強度明顯增大。當(dāng)改性重晶石添加量為30% 時，材料的拉伸強度達(dá)到25MPa。這主要是改性重晶石在NR 基體中的分散性能增強，進(jìn)而拉伸強度增加。
2.1 重晶石用量對斷裂伸長率的影響
改性前后重晶石的用量對橡膠斷裂伸長率的影響，見圖4。從圖4 中可以看出，隨重晶石添加量的增加，重晶石/ 橡膠復(fù)合材料的斷裂伸長率呈逐漸降低的趨勢。未改性重晶石/ 橡膠材料的斷裂伸長率低，而改性重晶石/ 橡膠材料的斷裂伸長率明顯增加。
當(dāng)用量不超過30% 時，改性重晶石/ 橡膠材料的斷裂伸長率降低幅度較小，用量繼續(xù)增加，斷裂伸長率急劇下降。斷裂伸長率反映了高聚物基體在拉伸應(yīng)變下的延展性，也反映了復(fù)合材料中聚合物基體高分子鏈段的自由運動能力。對于聚合物基無機復(fù)合材料，顆粒在聚合物基體中的分散以及顆粒于聚合物基體之間的相互作用對復(fù)合材料的斷裂伸長率有很大的影響。重晶石粒子本身沒有延展性，因此它的引入必定導(dǎo)致復(fù)合材料斷裂伸長率的下降。同時，顆粒與聚合物基體之間的界面脫離可以吸收額外的能量，這個過程也可以緩沖材料的斷裂破壞。
2.3 重晶石用量對硬度的影響
硬度是衡量材料表面抵抗機械壓力的指標(biāo)。硬度的大小與材料的抗張強度和彈性模量有關(guān)。重晶石用量對橡膠硬度的影響，見圖5。從圖5 可以得出，隨著重晶石用量的增加，材料的硬度呈逐漸增加的趨勢。硬度增加主要是由于無機重晶石粉體本身的硬度大導(dǎo)致。其中改性重晶石/ 橡膠材料的硬度明顯提高。這主要是改性重晶石與橡膠材料的相容性增大，進(jìn)而材料的性能得到改善。
2.4 重晶石用量對磨耗性能的影響
耐磨性能對于預(yù)測橡膠制品在使用條件下的實際壽命具有重要的意義。重晶石用量對橡膠磨耗性的影響，見圖6。從圖6 可以看出，對于未改性重晶石/ 橡膠材料，隨著重晶石用量的增加，耐磨性變差。這主要是由于未改性重晶石在橡膠基體中的相容性差。摩擦過程中，重晶石顆粒從橡膠表層處發(fā)生斷裂，產(chǎn)生顆粒的剝落。隨著摩擦過程的進(jìn)行，部分重晶石顆粒粘附到對偶件的表面，進(jìn)而加劇了橡膠耐磨性能的降低。對于改性重晶石/ 橡膠材料，當(dāng)重晶石用量不超過30% 時，隨著重晶石用量的增加，材料的耐磨性能增加。如重晶石用量繼續(xù)增大，重晶石/ 橡膠材料的耐磨性能降低。
3 結(jié)論
通過對重晶石純化和活化處理，采用硬脂酸活化后重晶石補強的橡膠，其正硫化條件150℃×4min。通過拉伸性能、硬度、耐磨性能的分析，活化后重晶石用量為30% 時，其拉伸強度為25MPa，斷裂伸長率達(dá)到900%，且橡膠復(fù)合材料的耐磨性能也有一定程度的提高。重晶石可以作為一種新型的橡膠補強材料，再加上偶聯(lián)劑的活化改性，因而具有優(yōu)異的補強效果及理想的加工特性。
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