全 文 ：西南石油大学学报（自然科学版）
2012年 4月 第 34卷第 2期
Journal of Southwest Petroleum University（Science & Technology Edition）
Vol. 34 No. 2 Apr. 2012
编辑部网址：http：//www.swpuxb.com
文章编号：1674 – 5086（2012）02 – 0156 – 05 DOI： 10. 3863/j. issn. 1674 – 5086. 2012. 02. 023
中图分类号：TQ333.7 文献标识码：A
微米级滑石粉补强丁腈橡胶的性能研究 *
王 煦，吴金花，舒博钊，邱岳峰
西南石油大学材料科学与工程学院，四川 成都 610500
摘 要：为使滑石粉补强丁腈橡胶（NBR），研究了滑石粉的粒径、用量和表面经偶联剂处理时对 NBR硫化胶的力学
性能影响。结果表明：滑石粉在粒径很小、用量适中时才显示较好的补强效果，2 500目、60份时橡胶的拉伸强度为
13.5 MPa、撕裂强度 41.4 kN/m；用质量分数为 1%的 KH550处理滑石粉，橡胶的综合性能获得进一步提高，其拉伸强
度可达 14.1 MPa、撕裂强度 48.1 kN/m，SEM分析指出这与偶联剂改善了滑石粉在 NBR中的分散性及相容性有关。
关键词：粉体；滑石粉；丁腈橡胶；补强；力学性能
网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20120316.1101.005.html
王 煦，吴金花，舒博钊，等．微米级滑石粉补强丁腈橡胶的性能研究[J]．西南石油大学学报：自然科学版，2012，34（2）：156–160．
Wang xu, Wu Jinhua, Shu Bozhao, et al．Performance of Nitrile Rubber Filled with Micro-talc Powder[J]．Journal of Southwest Petroleum University：
Science & Technology Edition，2012，34（2）：156–160．
滑石粉的主要成分为含水的硅酸镁，呈片状结
构，具有优良的物理和化学特性[1]，用于其他橡胶
的补强已有不少研究。陈亚东等[2] 研究了 PUR弹
性体/超细滑石粉复合材料的结构与性能，取得了较
好效果；李贞和等[3] 利用滑石粉作为半补强填料填
充药用丁基橡胶，有效提高了硫化胶的撕裂性能、
改善了其耐热性；Plank A R[4] 认为片状结构的滑石
粉较无定形材料填充补强橡胶更优。而对丁腈橡
胶（NBR），除橡胶及橡塑并用之外[5，6]，常用炭黑、
白炭黑及碳酸钙等填料来补强其强度[7 10]。随着丁
腈橡胶的广泛应用，对其补强填充体系要求越来越
苛刻[11 13]，开发新的补强材料是提高其性能的主要
途径[14 16]。本文采用微米级滑石粉作填料，研究了
其粒径、用量及表面经偶联剂处理时对补强NBR硫
化胶力学性能的影响。
1 实验
1.1 主要原料与设备
NBR，牌号 CKH 3365，俄罗斯产；滑石粉 800
目、1 250目、2 500目，工业级，上海东南化工有限
公司生产；硅烷偶联剂 KH550，南京曙光化工总厂
生产；其他助剂均为工业级，浙江黄岩浙东橡胶助
剂有限公司产品。
SK–160型双辊塑炼机和XLB–400型平板硫化
机，上海齐才液压机械有限公司产品；MZ–4000型
拉力试验机、LX–A型橡塑邵尔硬度计和MZ–4102
型冲片机，江都市明珠实验机械厂产品；X–650扫
描电子显微镜（SEM），日本 Hitachi公司产品。
1.2 配方和样品制备
样品的基本配方（单位：phr）为：NBR，100；氧
化镁，5；氧化锌，5；防老剂 RD，0.5；防老剂 4010，
10；促进剂 CZ，1；促进剂 TMTD，5；硫磺，0.3；滑石
粉，变粒径、变量。
NBR 加药混炼后在室温下放置一定时间，取
一定量的试样在平板硫化机上于 10 MPa压片，在
165℃下保压 15 min。硫化胶在室温下放置 24 h后
裁成标准试样供性能测试。
1.3 性能测试
拉伸性能按 GB/T528—1998 标准测试，试
* 收稿日期：2011–05–04 网络出版时间：2012–03–16
基金项目：国家“十一五”支撑计划课题“高纯磷化工产品工业化关键技术与装置”（2007BAE58B01）。
第 2期 王 煦，等：微米级滑石粉补强丁腈橡胶的性能研究 157
样为哑铃型，取标准中的 I 型；撕裂性能按
GB/T529—1999标 准，用 直 角 型 试 样；硬 度 按
GB/T6031—1998标准，厚度不低于 6 mm。将滑石
粉填充 NBR的硫化胶在液氮中冷却脆断，经真空
镀膜处理后用 SEM观察样品断面形貌。
2 结果与讨论
2.1 滑石粉粒径对硫化胶性能的影响
填料的粒径是粉体填料的重要性质，对填充聚合
物的性能有较大影响。取滑石粉用量为 50份，分别
考察了其粒径为 800目、1 250目和 2 500目时所填
充 NBR的力学性能，结果表明：800目时硫化胶的拉
伸强度为 5.9 MPa、撕裂强度为 16.6 kN/m，几乎没有
补强作用；1 250目时硫化胶的性能略有提高，拉伸
强度 8.6 MPa，撕裂强度 23.5 kN/m，补强效果较弱；
2 500目时硫化胶的拉伸强度达 11.9 MPa、撕裂强度
34.5 kN/m，具有一定的补强效果；而硫化胶的硬度随
滑石粉粒径减小而增大。滑石粉粒径太大，与橡胶大
分子之间的作用力较差，且大颗粒形成的少量团聚会
造成较大缺陷[17]，从而降低硫化胶的力学性能；滑石
粉粒径越小，在 NBR中的分散性越好，其界面相互
作用越强，补强橡胶的效果也越好。故以下选 2 500
目的滑石粉作进一步实验。
2.2 滑石粉用量对硫化胶性能的影响
NBR胶料中滑石粉含量不同，所形成复合材料
的结构就不同，将导致不同温度下其力学性能变化
不一致。取 100份胶料，加入滑石粉 3080份不等，
考察了滑石粉在不同用量时所填充 NBR的力学性
能，结果见图 1。
30 40 50 60 70 80
8
10
12
14
,-./0/1
600
650
700
750
800
850
%
&
(
/
%
!
#
$
/
M
P
a
30 40 50 60 70 80
22
26
30
34
38
42
,-./0/1
64
66
68
70
72
74
76
+
$
/
$
)
*
#
$
/
(
/
k
N
m
)
a !23 b )*#$4+$
!#$
%&(
)*#$
+$
图 1 滑石粉用量对硫化胶力学性能的影响
Fig. 1 Effects of talc content on mechanical properties of talc-NBR composites
由图 1可见，随着滑石粉用量的增大：硫化胶的
拉伸强度先逐渐增大，加量 60份时达极值 13.5MPa，
之后降低幅度不大，加量 80份时为 12.5 MPa；扯断
伸长率先降低再上升，至加量 5060份间变化较小
且保持在 830%左右，而加量 60份后开始减小；撕
裂强度先增大，加量 60份时达 41.4 kN/m，之后逐步
减小；硬度逐渐提高，加量从 30份至 80份，硬度从
65升至 75。综合来看，滑石粉用量为 60份时 NBR
硫化胶的性能最好，其拉伸强度为 13.5 MPa、扯断伸
长率为 835.5%、撕裂强度为 41.1 kN/m、硬度为 69。
2.3 偶联剂用量对硫化胶性能的影响
滑石粉是典型的结晶性无机填料，与橡胶的相
容性不够好，故用偶联剂 KH550湿法处理滑石粉，
考察了该偶联剂不同用量对 60份滑石粉填充 NBR
硫化胶的性能影响，结果见图 2。
从图 2可以看出，KH550用量增加，滑石粉填
充 NBR硫化胶的各项性能均有所变化，比较处理
前：拉伸强度在用量 1%时增至 14.1 MPa；扯断伸长
率总体下降幅度较小；撕裂强度在用量 1%时可达
48.1 kN/m，而其他情况均为 42 kN/m左右；硬度处
于 6971度范围。
总结可知，KH550 用量为 1% 时，滑石粉填充
NBR硫化胶的综合性能较好，对此用 SEM考察了
该偶联剂处理前后滑石粉填充 NBR硫化胶的断面
微观形貌，结果见图 3与图 4。由图 3与图 4可见，
KH550处理的滑石粉在 NBR中分散较均匀，而未
处理的有团聚现象；未处理的硫化胶中存在滑石粉
与橡胶形成的孔洞及缝隙，断面亮白片层也较多，
而经处理的滑石粉与橡胶间的缝隙较少甚至被消
除。这些说明偶联剂改善了滑石粉的表面活性及滑
石粉与橡胶大分子的相互作用，从而提高了滑石粉
与 NBR的相容性。
158 西南石油大学学报（自然科学版） 2012年
40
42
44
46
48
0 2
,-. /0KH550 /%
!#$
%$
68
70
72
!
#
$
/
(
/
k
N
m
)
%
$
/
$
0 2
13.5
13.7
13.9
14.1
,-. /0KH550 /%
&#$
()*+
600
650
700
750
800
850
(
)
*
+
/
%
&
#
$
/
M
P
a
1 1
a &12 b !#$3%$
图 2 偶联剂用量对滑石粉填充 NBR硫化胶性能的影响
Fig. 2 Effects of silane coupling agent content on mechanical properties of talc-NBR composites
a 2000! b 8000!
20kV ×2000 10µm 20kV ×8000 2µm
图 3 1%KH550偶联处理滑石粉填充 NBR硫化胶的 SEM图
Fig. 3 SEM micrograph of rupture face of NBR filled with talc modified by 1% silane coupling agent
a 2000! b 8000!
20kV ×2000 10µm 20kV ×8000 2µm
图 4 未偶联处理滑石粉填充 NBR硫化胶的 SEM图
Fig. 4 SEM micrograph of rupture face of NBR filled with talc unmodified
3 结 论
（1）滑石粉的粒径、用量皆对所填充 NBR硫化
胶的性能有显著影响，在 2 500目、60份时橡胶的
力学性能可达较佳值，拉伸强度为 13.5 MPa、撕裂
强度 41.4 kN/m。
（2）用偶联剂 KH550处理滑石粉，所填充 NBR
硫化胶的各项性能均有变化，用量为 1%时橡胶的
综合性能获得进一步提高，拉伸强度可达 14.1MPa、
撕裂强度 48.1 kN/m，这可能与偶联剂改善了滑石粉
与 NBR的相容性有关。
参考文献
[1] 崔运国，张军，陆春华，等.滑石粉–EPDM复合材料的
力学性能研究[J].材料导报，2009，23（10）：62–65，69.
第 2期 王 煦，等：微米级滑石粉补强丁腈橡胶的性能研究 159
Cui Yunguo，Zhang Jun，LuChunhua，et al. Studies on the
mechanical properties of talcum-EPDM composites[J].
Materials Review，2009，23（10）：62–65，69.
[2] 陈亚东，张时魁，张慧波，等. PUR 弹性体/超细滑石
粉复合材料的结构与性能[J]. 工程塑料应用，2008，
36（9）：20–23.
Chen Yadong，Zhang Shikui，Zhang Huibo，et al. Re-
search on structure and performance of polyurethane elas-
tomer/superfine talcum powder composite[J]. Engineering
Plastics Application，2008，36（9）：20–23.
[3] 李贞和，刘海洪.改性滑石粉在卤化丁基橡胶瓶塞生
产加工中的应用[J]. 橡塑技术与装备，2007，33（1）：
43–45.
[4] Plank A R.用作橡胶填料的滑石粉[J].世界橡胶工业，
1982，186（2）：35–36.
[5] Mansour S A，Al-Ghoury M E，Shalaan E， et
al. Thermal properties of graphite-loaded nitrile
rubbe/poly（vinylchloride）blends[J]. Journal of Polymer
Science，2010，6（6）：3111–3122.
[6] Sreenivasan P V，Philip Kurian. Mechanical pro-
perties and morphology of nitrile rubber toughened
polystyrene[J]. International Journal of Polymeric
Materials，2007，11（11）：1041–1050.
[7] Degrange J M，Thomine M，Kapsa Ph，et al. Influence
of viscoelasticity on the tribological behaviour of carbon
black filled nitrile rubber（NBR）for lip seal application[J].
Wear，2005，259（6）：684–692.
[8] 王梦蛟，龚怀耀，薛广智. 橡胶工业手册 2（配合剂）
[M].北京：化学工业出版社，1989.
[9] 周杨波，古菊，贾德民，等.改性纳米碳酸钙对丁腈橡
胶的补强应用[J].弹性体，2004，14（3）：35–38.
Zhou Yangbo，Gu Ju，Jia Demin，et al. The reinforcement
effect of modified nano-calcium carbonate to NBR[J].
China Elastomerics，2004，14（3）：35–38.
[10] Stone C R，Menting K.H，Hensel M. Improving the silica
“green tyre”tread compound by the use of special process
additives[C]. Rubber Division 156th Technical Meeting，
1999.
[11] Lapa V，Suarez J M，Visconte L，et al. Fracture behavior
of nitrile rubber-cellulose II nanocomposites[J]. Journal of
polymer science，2007，12（24）：9934–9939.
[12] 崔小明.丁腈橡胶生产技术及国内外市场分析（上）[J].
上海化工，2009，34（10）：34–37.
[13] 崔小明.丁腈橡胶生产技术及国内外市场分析（下）[J].
上海化工，2009，24（11）：36–38.
[14] 彭小芹，赵会星，杨巧，等. 水化硅酸钙粉体补强橡
胶的性能[J]. 高分子材料科学与工程，2008，24（8）：
90–92.
Peng Xiaoqin，Zhao Huixing，Yang Qiao，et al. Per-
formance of rubber filled with hydrated calcium silicate
powder[J]. Polymer Materials Science and Engineering，
2008，24（8）：90–92.
[15] Semikolenov S V，Dubkov K A，Ivanov D P，et al. Ke-
tonization of a nitrile-butadiene rubber by nitrous ox-
ide：comparison with the ketonization of other type di-
ene rubber[J]. European Polymer Journal，2009，45（13）：
3355–3362.
[16] Kaushlk pal，Rajasekar R，Dong jin kang，et al. Effect
of fillers and nitrile blended pvc on natural rubber-high
styrene rubber withe nanosilica blends: Morphlogy and
wear[J]. Materials & Design，2010，31（1）：25–34.
[17] 邓志伟，熊雷，李佳丽，等.滑石粉粒径对 PVC/滑石粉
复合材料力学性能和热膨胀系数的影响[J].高分子材
料科学与工程，2009，25（4）：77–80.
Deng Zhiwei，Xiong Lei，Li Jiali，et al. The effects of talc
particle size on properties and coefficient of thermal ex-
pansion PVC/Talc composites[J]. Polymer Materials Sci-
ence and Engineering，2009，25（4）：77–80.
作者简介
王 煦，1963年生，男，汉族，四川
金堂人，研究员，博士后，主要从
事油气田材料与应用方面的工作。
E-mail：1969wwxx@163.com
吴金花，1986 年生，女，汉族，江
西赣州人，2011 年毕业于西南
石油大学，现任职于四川建筑职
业技术学院，主要从事高分子物
理化学方面的工作。E-mail：shu-
mu9301@163.com
舒博钊，1987年生，男，汉族，四川
安岳人，现就读于西南石油大学，
主要从事油气田材料方面的研究。
E-mail：420537814@qq.com
邱岳峰，1986年生，男，汉族，四川
自贡人，现就读于西南石油大学，
主要从事油气田材料方面的研究。
E-mail：qmyboix20@yahoo.com.cn
160 西南石油大学学报（自然科学版） 2012年
Performance of Nitrile Rubber Filled with Micro-talc Powder
Wang xu, Wu Jinhua, Shu Bozhao, Qiu Yuefeng
School of Materials Science and Engineering，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China
Abstract：In order to reinforce the nitrile rubber（NBR）with the micro-talc powder，the effects of the particle size and the
content and the surface treatment by the silane coupling agent of the talc on the mechanical properties of NBR are studied in
this paper. It is shown that the talc has better reinforcement results when its particle size is very small with its optimal content
and NBR has the tensile strength of 13.5 MPa and the tearing strength of 41.4 kN/m when the talc has the particle size of 2500
mesh and the content of 60phr，and that the comprehensive properties of NBR can be further raised with the tearing strength of
14.1 MPa and the tearing strength of 48.1kN/m when the surface of the talc is treated by 1%（mass concentration）KH550，and
that the dispersivity and compatibility improved by KH550 between the talc and NBR have been verified through the SEM.
Key words：powder；talc powder；nitrile rubber；reinforcement；mechanical properties
编辑：牛静静；编辑部网址：http：//www.swpuxb.com