刘吉超，邓 涛

（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042）

丁腈橡胶（NBR）的体积电阻率（单位为Ω·cm）数量级为109～1010，在半导体体积电阻率范围内，因此NBR可以称为半导体类橡胶材料，具有抗静电作用。随着NBR中丙烯腈（ACN）含量增大，其抗静电性能提高[1]。NBR主要用于制造纺织皮辊、皮圈等抗静电橡胶制品以及胶管、胶带、胶辊、胶囊等耐油橡胶制品[2]。

改性碳纳米管（CNTs）具有特殊的电学性质，导电性能良好，这是由于CNTs上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，共轭效应显著[3]。CNTs的导电性能取决于其管径和管壁螺旋角。CNTs还具有较好的补强性能，可以提高胶料的物理性能。

本工作将改性CNTs加到NBR中，以提高胶料的抗静电性能，生产抗静电性能优异且耐油性能良好的橡胶制品。

1 实验

1.1 原材料

NBR，牌号240s，日本电气化学公司产品；改性CNTs，山东大展纳米材料有限公司产品；炭黑N330，卡博特炭黑有限公司产品；白炭黑，赢创工业集团产品；其他材料均为橡胶工业常用原材料。

1.2 基本配方

NBR，100；氧化锌，5；硬脂酸，2；防老剂RD，1；促进剂NOBS，1.1；硫黄，2；补强填充剂，变品种（碳酸钙、白炭黑、炭黑N330），40；改性CNTs，变量。

在不同补强体系胶料的0～5号配方中改性CNTs用量分别为0，1，2，3，4，5份。

1.3 主要设备与仪器

X（S）160A型双辊开炼机，青岛化工机械厂产品；GT-M2000-A型密闭模无转子硫化仪、AI-7000M型电子拉力试验机、GT-7010-AR型气压自动切片机，台湾高铁科技股份有限公司产品；LCM-3C2-G03-LM型平板硫化机，深圳佳鑫电子设备科技有限公司产品；LX-A型橡胶硬度计，上海六中量仪厂产品；MZ-4060型DIN磨耗机，江苏明珠实验机械有限公司产品；PC68型高阻计，上海精科天美科学仪器有限公司产品；DTC-25型导热仪，美国TA公司产品；HD-10型橡胶测厚仪，上海化工机械四厂产品；TD6001型称料天平，余姚市金诺天平仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料在开炼机上混炼，混炼工艺为：生胶→薄通→氧化锌、硬脂酸、防老剂→补强填充剂→改性CNTs→硫化剂和促进剂→薄通→混炼均匀，下片。停放16 h后返炼。

用平板硫化机硫化试样，硫化条件为170 ℃×t90，压力10 MPa。

1.5 性能测试

导热性能以硫化胶在25 ℃下的热扩散率和导热系数表征；胶料其他物理性能均按相关国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR硫化特性的影响

改性CNTs用量对碳酸钙补强填充体系NBR硫化特性的影响如表1所示。从表1可以看出：随着改性CNTs用量增大，碳酸钙补强填充体系NBR的MH-ML增大，说明在碳酸钙补强填充体系NBR中加入改性CNTs可以提高胶料的硫化程度；与T0配方胶料相比，T1～T5配方胶料的t90明显延长，说明在碳酸钙补强填充体系NBR中加入改性CNTs导致胶料硫化时间延长，但随着改性CNTs用量增大，胶料的t90呈缩短的趋势。

表1 改性CNTs用量对碳酸钙补强填充体系NBR硫化特性的影响

改性CNTs用量对白炭黑补强填充体系NBR硫化特性的影响如表2所示。从表2可以看出：随着改性CNTs用量增大，白炭黑补强填充体系NBR的MH-ML呈增大趋势，说明在白炭黑补强填充体系NBR中加入改性CNTs可以提高胶料的硫化程度；胶料的t90呈缩短趋势，说明在白炭黑补强填充体系NBR中加入改性CNTs可以促进硫化。

表2 改性CNTs用量对白炭黑补强填充体系NBR硫化特性的影响

改性CNTs用量对炭黑N330补强填充体系NBR硫化特性的影响如表3所示。从表3可以看出：随着改性CNTs用量增大，炭黑N330补强填充体系NBR的MH-ML增大，说明在炭黑N330补强填充体系NBR中加入改性CNTs能够提高胶料的硫化程度；胶料的t90呈延长趋势，说明在炭黑N330补强填充体系NBR中加入改性CNTs可以使硫化时间延长。

表3 改性CNTs用量对炭黑N330补强填充体系NBR硫化特性的影响

2.2 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR物理性能的影响

改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR物理性能的影响如图1～6所示。

图1 改性CNTs用量对NBR硬度的影响

图2 改性CNTs用量对NBR 100%定伸应力的影响

图3 改性CNTs用量对NBR拉伸强度的影响

图4 改性CNTs用量对NBR拉断伸长率的影响

图5 改性CNTs用量对NBR撕裂强度的影响

图6 改性CNTs用量对NBR磨耗量的影响

从图1可以看出，随着改性CNTs用量增大，炭黑N330、碳酸钙、白炭黑3种补强填充体系NBR的硬度均呈增大趋势，3种补强填充体系NBR的硬度从大到小依次为白炭黑、炭黑N330、碳酸钙。

从图2可以看出，改性CNTs可以提高NBR的100%定伸应力，并且随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的100%定伸应力均逐渐增大。

从图3可以看出：3种补强填充体系NBR的拉伸强度从大到小依次为白炭黑、炭黑N330、碳酸钙；随着改性CNTs用量增大，碳酸钙补强填充体系NBR的拉伸强度逐渐增大，白炭黑补强填充体系和炭黑N330补强填充体系NBR的拉伸强度缓慢下降，这说明加入改性CNTs对白炭黑补强填充体系和炭黑N330补强填充体系NBR拉伸性能的影响不明显。

从图4可以看出，随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的拉断伸长率呈逐渐减小趋势，其中，白炭黑补强填充体系NBR的拉断伸长率明显大于其他2种补强填充体系NBR的拉断伸长率，碳酸钙补强填充体系和炭黑N330补强填充体系NBR的拉断伸长率相近。

从图5可以看出，随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的撕裂强度均呈逐渐增大的趋势，3种补强填充体系NBR的撕裂强度从大到小依次为白炭黑、炭黑N330、碳酸钙。

从图6可以看出，改性CNTs用量增大对3种补强填充体系NBR的DIN磨耗量影响不大。

2.3 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR导电性能的影响

改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR表面电阻率（ρs）和体积电阻率（ρv）的影响如表4所示。从表4可以看出：在碳酸钙补强填充体系和白炭黑补强填充体系NBR中，改性CNTs用量变化对NBR的ρs和ρv影响较小，ρs和ρv均无数量级的变化，变化规律不明显，分析认为在这2种补强填充体系NBR中不存在可供电子传导的导电通路，即加入改性CNTs后没有可以连接的导电通路；炭黑N330补强填充体系NBR的ρs和ρv小于另外2种补强填充体系NBR，并且随着改性CNTs用量增大，ρs和ρv明显减小，有数量级的变化，这说明在NBR中分散的炭黑N330形成了良好的导电通路，改性CNTs可以连接这些通路，起到很好的导电作用，且改性CNTs用量增大，导电效果增强。

表4 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBRρs和ρv的影响

2.4 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR导热性能的影响

改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR热扩散率和导热系数的影响如表5所示。从表5可以看出：随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的热扩散率和导热系数逐渐增大，导热性能提高；炭黑N330补强填充体系NBR的热扩散率最大，另外2种补强填充体系NBR的热扩散率相近；白炭黑补强填充体系NBR的导热系数增幅最大，变化最明显，另外2种补强填充体系NBR的导热系数略有增大。

表5 改性CNTs用量对不同补强填充体系NBR热扩散率和导热系数的影响

3 结论

（1）随着改性CNTs用量增大，碳酸钙补强填充体系和白炭黑补强填充体系NBR的MH-ML增大，t90缩短；炭黑N330补强填充体系NBR的MH-ML增大，t90延长。

（2）随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的硬度、100%定伸应力和撕裂强度呈增大趋势，3种补强填充体系NBR硬度和撕裂强度从大到小依次为白炭黑、炭黑N330、碳酸钙；碳酸钙补强填充体系NBR的拉伸强度增大，白炭黑补强填充体系和炭黑N330补强填充体系NBR的拉伸强度缓慢下降，3种补强填充体系NBR拉伸强度从大到小依次为白炭黑、炭黑N330、碳酸钙；3种补强填充体系NBR的拉断伸长率减小，白炭黑补强填充体系NBR的拉断伸长率明显高于其他2种补强填充体系NBR；3种补强填充体系NBR的DIN磨耗量变化不大。

（3）改性CNTs用量增大对碳酸钙补强填充体系和白炭黑补强填充体系NBR的ρs和ρv影响较小，ρs和ρv均无数量级的变化，变化规律不明显；炭黑N330补强填充体系NBR的ρs和ρv均明显减小，且均小于另外2种补强填充体系NBR，导电效果增强。

（4）随着改性CNTs用量增大，3种补强填充体系NBR的热扩散率和导热系数均增大，导热性能提高，炭黑N330补强填充体系NBR的热扩散率最大。