1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明以后，美、日等發(fā)達國家用超微加工技術開始制造100 nm以下的微小結構材料。我國自80年代中期開始從事納米技術的研究，十幾年來已在超微加工納米材料的制造與應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)代工程所需要的強度、耐磨性、抗老化性等各種性能。當材料的結構單元小到納米級時，材料的性質發(fā)生了重大變化，不僅明顯改善了原有材料的性能，而且會有新的性能或效應產生，即納米材料所特有的小尺寸效應、量子效應及體積效應。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)定性和化學穩(wěn)定性，從而達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，其次用作補強劑和著色劑，本工作研究了納米氧化鋅對膠料物理性能的影響。
1.實驗
1.1 原材料
NR，海南農墾橡膠有限公司產品；BR，中國石化北京燕山石油化學工業(yè)公司產品；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品；其它材料均為橡膠工業(yè)常用原材料。
1.2 試驗配方
A1(試驗配方)：NR 50；BR 50；炭黑53；防老劑3；促進劑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配方A1相同。
B1(試驗配方)：NR 80；BR 20；納米氧化鋅5，炭黑42；防老劑3；促進劑0．8；硫黃2．2；操作油5；硬脂酸2．5。
B2(生產配方)：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配方B1相同。
1.3 試驗儀器與設備
XK-160型開煉機，廣東湛江橡膠機械廠產品；孟山都T-10電子拉力機和2000型無轉子硫化儀，美國孟山都公司產品；M200E型門尼粘度儀，北京市友深電子儀器廠產品；阿克隆磨耗機和YS-25-Ⅱ型壓縮試驗機，上?；瘷C四廠產品。
1.4 試樣制備
小配合試驗膠料在XK-160型開煉機上進行混煉；車間大料混煉分兩段在GK．270密煉機上進行。
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標準進行測試。膠料的物理性能按相應國家標準測試。
2.結果與討論
2．1 納米曩化鋅的化學分析
由于還沒有納米氧化鋅相應的國家標準．因此化學分析按企業(yè)標準進行，化學分析結果見表1。
由表1可以看出，納米氧化鋅的化學分析測試結果均符合指標要 求．尤其比表面積遠高于標準指標。
2．2 小配合試驗
小配合試驗結果如表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間較正常生產配方有所縮短．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配方有所提高，特別是膠料的撕裂強度、H抽出力和磨耗性能較正常生產配方有明顯提高，硫化膠的壓縮永久變形和生熱低于正常生產配方．這主要是由于納米材料所特有的小尺寸效應以及由此產生的其它效應所致，同時與大顆粒材料相比，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。表面嚴重配位不足，導致具有很高的活性，同時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分子之間可以實現(xiàn)分子水平上的結合。即納米材料與橡膠分子的接枝作用，達到了提高橡膠性能的目的。
2．3 車間大料試驗
為進一步驗證納米氧化鋅對膠料性能的影響．選用試驗配方A1和B1進行車間大料試驗并與正常生產配方A2和B2進行對比?；鞜挷捎门c正常生產配方相同的生產工藝，車間大料性能測試結果見表3。從表3可以看出，車間大料物理性能與小配合試驗基本一致。
2．4 成品試驗
通過小配合及車間大料試驗結果可以看出，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行了9．00—20 16PR外胎的成品試制。并與正常生產的同規(guī)格輪胎進行對比試驗，結果見表4。
從表4可以看出，使用納米氧化鋅的試驗輪胎胎冠膠物理性能明顯優(yōu)于正常生產輪胎，成品性能好于正常膠料生產的輪胎。這也與小配合試驗結果相吻合。
2．5 輪胎里程試驗
用納米氧化鋅等量替代普通氧化鋅試制了一批9．00—20 16PR輪胎進行輪胎里程試驗．結果見表5。從表5可看出，使用納米氧化鋅的試驗輪胎累計平均磨耗高于正常生產的輪胎。
3.結論
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。納米氧化鋅可與橡膠分子實現(xiàn)分子水平上的結合，即納米氧化鋅與橡膠分子的接枝作用?？蛇_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改善。
魏愛龍，魏廷賢，楊風偉，胡群緒，袁鵬翔
