共改性煤粉增强丁苯橡胶的硫化、力学和热稳定性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.01.008

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (1): 46-53.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.01.008

共改性煤粉增强丁苯橡胶的硫化、力学和热稳定性能研究

焦锐敏¹, 何小芳¹(), 董青松², 王林², 曹新鑫¹

^1.河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作 454000
^2.倍耐力轮胎（焦作）有限公司，河南焦作 454150

收稿日期:2022-09-29 出版日期:2023-01-26 发布日期:2023-01-26
通讯作者: 何小芳（1980—），女，副教授，主要从事新型建筑材料和高分子材料成型加工方面的研究，cxxhxf@126.com
E-mail:cxxhxf@126.com

Study on vulcanization and mechanical and thermal stabilities of SBR reinforced with co⁃modified coal

JIAO Ruimin¹, HE Xiaofang¹(), DONG Qingsong², WANG Lin², CAO Xinxin¹

^1.School of Material Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China
^2.Pirelli Tire（Jiaozuo） Co，Ltd，Jiaozuo 454150，China

Received:2022-09-29 Online:2023-01-26 Published:2023-01-26
Contact: HE Xiaofang E-mail:cxxhxf@126.com

摘要/Abstract

摘要：

将硅烷偶联剂KH⁃560和硫化促进剂CZ共改性煤粉（Coal）作为增强填料加入到丁苯橡胶（SBR）中制备改性SBR/ Coal复合材料，通过设置不同的共改性Coal的添加量，寻找KH⁃560、CZ共改性Coal增强丁苯橡胶的最佳实验配比。结果表明，KH⁃560的最佳添加量为Coal质量的5 %，此时SBR/ Coal⁃KH560复合材料的力学性能最佳； KH⁃560和CZ改性Coal可以明显减少Coal团聚现象，在丁苯橡胶中均匀分散。当Coal⁃KH560⁃CZ添加量为40 %时，与纯SBR相比，拉伸强度由1.66 MPa升高至2.9 MPa，断裂伸长率由295 %升高至390 %，撕裂强度由7.1 N/mm增加至11.6 N/mm，复合材料的力学性能和热稳定性能得到改善，加工性能也得到较大提升。

关键词: 煤粉, 丁苯橡胶, 共改性, 复合材料, 均匀分散

Abstract:

Pulverized coal powders were modified jointly with KH⁃560 and a vulcanization accelerator （CZ）， and then the modified coal was added to SBR as a reinforcing filler to prepare the modified coal/SBR composites. The optimal experimental ratio was explored for the co⁃modified coal⁃reinforced SBR by setting different loadings of co⁃modified coal in the composites. The results indicated that the optimum addition amount of KH⁃560 was 5 wt% in the composite， resulting in optimal mechanical properties for the coal⁃KH560/SBR composite. KH⁃560 and CZ modified coal can obviously reduce the agglomeration of coal and disperse uniformly in SBR. When the addition amount of Coal⁃KH560⁃CZ is 40 %， compared with pure SBR， the tensile strength increases from 1.66 MPa to 2.9 MPa， the elongation at break increases from 295 % to 390 %， and the tear strength increases from 7.1 N/mm to 11.6 N/mm. The mechanical properties and thermal stability of the composite are improved， and the processability is also greatly improved.

Key words: coal, styrene butadiene rubber, co?modification, composite material, uniform dispersion

中图分类号:

TQ333.1

焦锐敏, 何小芳, 董青松, 王林, 曹新鑫. 共改性煤粉增强丁苯橡胶的硫化、力学和热稳定性能研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 46-53.

JIAO Ruimin, HE Xiaofang, DONG Qingsong, WANG Lin, CAO Xinxin. Study on vulcanization and mechanical and thermal stabilities of SBR reinforced with co⁃modified coal[J]. China Plastics, 2023, 37(1): 46-53.

图/表 11

样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
K1	20	0.5	-
K2	20	1.0	-
K3	20	1.5	-
K4	20	2.0	-
KC1	10	0.5	1.0
KC2	20	1.0	2.0
KC3	30	1.5	3.0
KC4	40	2.0	4.0

表1 改性煤粉的实验配方表 (g)

Tab.1 Experimental formula of the modified coal

图1 KH⁃560的水解反应和KH⁃560、CZ共改性Coal

Fig.1 Hydrolysis of KH⁃560 and coal co⁃modified with KH⁃560 and CZ

样品编号	改性煤粉含量	CZ含量
K0	20	1.5
K1	20	1.5
K2	20	1.5
K3	20	1.5
K4	20	1.5
KC1	10	1.3
KC2	20	1.1
KC3	30	0.87
KC4	40	0.66

表2 SBR/ Coal复合材料的实验配方表 (g)

Tab.2 Experimental formula of SBR/coal composites

图2 煤粉及改性煤粉的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectrum of pure and modified coal

图3 K系列和KC系列复合材料的部分硫化参数

Fig.3 Vulcanization data of K series and KC series composites

样品	t_c10/min	t_c90/min	M_L/ （dN·m）	M_H/ （dN·m）	M_H-M_L/ （dN·m）
K0	2.99	10.64	0.612	7.005	6.374
K1	3.08	10.53	0.654	7.555	6.506
K2	3.13	10.38	0.657	7.753	6.752
K3	3.24	10.34	0.674	7.535	6.832
K4	3.07	10.12	0.655	7.908	6.897
KC1	2.88	9.46	0.561	6.920	6.797
KC2	2.68	9.36	0.663	7.770	6.858
KC3	2.60	9.22	0.732	8.029	6.992
KC4	2.40	9.13	0.841	8.732	7.404

表3 SBR/ Coal复合材料的硫化特性

Tab.3 Vulcanization data of SBR/coal composites

图4 K系列和KC系列复合材料的力学性能

Fig.4 Mechanical properties of K and KC series composites

图5 K系列和KC系列复合材料的TG和DTG曲线

Fig.5 TG and DTG curves of K and KC series composites

样品	T_{5 %}/℃	T_{50 %}/℃	T_e/℃	T_md/℃	R_md/ %/℃	残炭率/%
K0	300.667	460.333	508.000	475.000	1.4517	15.158
K1	315.333	461.000	511.000	475.000	1.045	17.734
K2	303.333	461.000	511.000	475.000	0.973	17.795
K3	319.000	461.667	511.000	475.000	1.005	17.338
K4	319.000	461.667	517.000	475.000	0.974	18.061
KC1	298.667	453.667	517.000	475.000	1.052	11.916
KC2	301.000	461.667	520.667	475.000	0.984	17.274
KC3	310.667	462.667	523.000	475.000	0.933	22.910
KC4	320.333	467.333	525.000	475.000	0.869	27.688

表4 SBR/ Coal复合材料的热失重参数

Tab.4 Thermogravimetric analysis of SBR/coal composite

图6 K系列和KC系列复合材料的结合胶量

Fig.6 Bound rubber of K and KC series composites

图7 SBR/ Coal复合材料的SEM照片

Fig.7 SEM image of SBR/coal composites

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样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
K1	20	0.5	-
K2	20	1.0	-
K3	20	1.5	-
K4	20	2.0	-
KC1	10	0.5	1.0
KC2	20	1.0	2.0
KC3	30	1.5	3.0
KC4	40	2.0	4.0

样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
K1	20	0.5	-
K2	20	1.0	-
K3	20	1.5	-
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KC1	10	0.5	1.0
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样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
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K2	20	1.0	-
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KC2	20	1.0	2.0
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样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
K1	20	0.5	-
K2	20	1.0	-
K3	20	1.5	-
K4	20	2.0	-
KC1	10	0.5	1.0
KC2	20	1.0	2.0
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样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
K1	20	0.5	-
K2	20	1.0	-
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KC1	10	0.5	1.0
KC2	20	1.0	2.0
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样品编号	Coal含量	KH⁃560含量	CZ含量
K0	20	-	-
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K2	20	1.0	-
K3	20	1.5	-
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KC2	20	1.0	2.0
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