在橡膠中使用炭黑補強擴大了橡膠的應用范圍。提高炭黑對橡膠補強作用的關鍵是改善橡膠與炭黑的結合，通常的方法是在開煉機上通過機械力的作用來強行混合，但這種工藝對環境污染大，且混煉效果不佳。為了解決環境污染問題，人們采取了制備炭黑共沉膠的方法，即直接把膠乳與炭黑共沉，雖然減輕了環境污染，但是橡膠與炭黑仍然是物理結合，制備出的材料性能也不佳；另一種方法是預先把炭黑用乙烯基單體等有機物改性后再與橡膠結合，這樣可以大大改善橡膠與炭黑的結合效果，但是工藝復雜。
本工作通過在NBR膠乳與炭黑的混合體系中加入適當的單體和引發劑，使單體在與NBR大分子發生接枝反應的同時，與炭黑表面的活性基團發生反應，從而加強橡膠與炭黑之間的結合，制備出NBR復合材料，并對其性能進行了研究。
1 實驗
1．1原材料
NBR膠乳，牌號550，日本瑞翁公司產品；炭黑N330，上海立事化工實業公司產品；其它原材料均為市售工業品。
1．2試驗配方
NBR及其復合材料的試驗配方如表1所示。
1．3試樣制備
（1）單體改性炭黑
將炭黑用表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉-6）分散于定量的蒸餾水中，開動攪拌機攪勻，加入計量的單體M（BA或MMA）和引發劑（過硫酸鉀），控制水浴溫度80~85℃，反應5h后排料，將產物抽濾、洗滌、干燥至恒質量，置于干燥器中備用。
（2）NBR/M/炭黑復合材料
將炭黑用表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉-6）分散于定量的蒸餾水中，開動攪拌機攪勻，加入計量的NBR膠乳、單體M和引發劑（過硫酸鉀），攪拌均勻，加入少量氫氧化鈉溶液使體系呈微堿性，水浴加熱至80~85℃，恒溫反應5h ，用氯化鈣溶液破乳，將產物用自來水洗滌多次，脫水、真空干燥至恒質量，即得炭黑填充型NBR復合 材料（NBR/M/炭黑復合材料）。混煉膠在Φ160型開煉機上制備，硫化膠在25t平板硫化機上制備，硫化條件為160℃×t90。
1．4性能測試
（1）紅外光譜（IR）分析
紅外光譜采用日本日立公司RFX-65型傅立葉轉換紅外吸收光譜儀測定。試樣經丙酮抽提后直接在玻璃片上涂膜烘干。
（2）物理性能
拉伸性能采用上海化工機械四廠DXLL-2500型電子拉力機，按照GB/T 528-1998進行測定，拉伸速率500mm.min-1；邵爾A型硬度采用上海化工機械四廠XY-1型橡膠硬度計，按照GB/T 531-1999進行測定。
（3）熱重分析（TGA）
采用美國TA公司TGA2050型熱重分析儀進行熱重分析，測定條件；升溫速率為10℃.min-1,測定溫度范圍為室溫~900℃，氮氣氣氛。單體接枝炭黑試樣經抽提預處理后測試，其它試樣不需預處理。
（4）動態力學分析（DMA）
采用美國TA公司Universal V1.7F DMA 2980型動態力學分析儀進行動態力學分析，測試條件，頻率10 HZ ，測試溫度范圍 C100 ~+100℃，升溫速率 10℃.min-1。采用單懸臂梁夾具。
（5）掃描電子顯微鏡（SEM）分析
采用荷蘭菲利浦公司XL-30FEC 型掃描電子顯微鏡觀察試樣斷面的微觀形貌，觀察前試樣作噴金處理。
2結果與討論
2．1R分析
NBR及NBR/M復合材料經抽提后的FTIR譜如圖1所示。
從圖1可以看出，與NBR膠料相比，MBR/BA和NBR/MMA復合材料原FTIR譜在1 187和1 726cm-1處均出現了特征峰，說明BA和MMA接枝到了NBR分子鏈上。
2．2物理性能
NBR及其復合材料的物理性能如表2所示。
從表2可以看出，與NBR/炭黑體系相比，NBR/M/炭黑復合材料和撕裂強度增大。分析原因認為，單體M在與NBR分子鏈接枝的同時與炭黑表面活性基團發生反應，單體M在NBR基體與炭黑之間起到“橋梁”作用，加強了NBR與炭黑的結合。
從表2還可以看出，與加入10份單體M的復合材料相比，加入20份單體M的復合材料物理性能更好。
2．3 TGA
采用BA和MMA對炭黑表面進行改性所得改性炭黑的TGA曲線如圖2所示，分析結果如表3所示。
從表3可以看出，改性炭黑的起始解溫度和最大降解速率溫度均低于未改性炭黑，這是由于改性炭黑表面接枝有機物的熱穩定性較差。
NBR及其復合材料的TGA曲線如圖3和4所示，分析結果如表4所示。
從表4可以看出，與NBR/炭黑體系和NBR/M復合材料相比，NBR/M/炭黑復合材料的降解起始點溫度、最大降解速率點（拐點）溫度和降解終止點溫度均提高，說明接枝上的單體在對NBR分子鏈起保護作用的同時加強了NBR與炭黑的結合，NBR/M/炭黑復合材料的熱穩定性明顯提高。
2.4動態力學性能
NBR及其復合材料的DMA譜如圖5所示，分析結果如表5所示。
從表5可以看出，未添加單體M的材料只有一個Tg，加入單體M的復合材料有兩個Tg，這是由于單體BA和MMA均聚物的Tg與NBR的Tg不同，這也進一步證明單體M已經接枝到NBR分子鏈上。
從表5還可以看出，與NBR/M復合材料相比，NBR/M/炭黑復合材料的兩個Tg值更為接近，這說明單體M不僅能夠與NBR分子鏈發生接枝反應，還與炭黑表面的活性基團發生了反應。
2．5 SEM分析
NBR及其復合材料的SER分析如圖6所示。從圖6可以看出，采用常規混煉工藝制備的NBR/炭黑體系硫化膠中炭黑粒子分布極其不均勻，出現團聚現象，相界面明顯；NBR/M/炭黑復合材料中炭黑粒子分布均勻，相界面模糊。這進一步證明單體M的加入加強了橡膠與炭黑的結合。
3 結論
（1）在NBR膠乳與炭黑的混合體系中加入單體BA或MMA，可以使其在NBR分子鏈發生接枝反應的同時與炭黑表面的活性基團也發生反應，從而制備NBR/M/炭黑復合材料
（2）與NBR/炭黑體系相比，NBR/M/炭黑復合材料的物理性能和熱穩定性能明顯提高；SEM分析表明，NBR/M/炭黑復合材料中炭黑粒子分散均勻，相界面模糊。
本工作通過在NBR膠乳與炭黑的混合體系中加入適當的單體和引發劑，使單體在與NBR大分子發生接枝反應的同時，與炭黑表面的活性基團發生反應，從而加強橡膠與炭黑之間的結合，制備出NBR復合材料，并對其性能進行了研究。
1 實驗
1．1原材料
NBR膠乳，牌號550，日本瑞翁公司產品；炭黑N330，上海立事化工實業公司產品；其它原材料均為市售工業品。
1．2試驗配方
NBR及其復合材料的試驗配方如表1所示。
1．3試樣制備
（1）單體改性炭黑
將炭黑用表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉-6）分散于定量的蒸餾水中，開動攪拌機攪勻，加入計量的單體M（BA或MMA）和引發劑（過硫酸鉀），控制水浴溫度80~85℃，反應5h后排料，將產物抽濾、洗滌、干燥至恒質量，置于干燥器中備用。
（2）NBR/M/炭黑復合材料
將炭黑用表面活性劑（十二烷基苯磺酸鈉-6）分散于定量的蒸餾水中，開動攪拌機攪勻，加入計量的NBR膠乳、單體M和引發劑（過硫酸鉀），攪拌均勻，加入少量氫氧化鈉溶液使體系呈微堿性，水浴加熱至80~85℃，恒溫反應5h ，用氯化鈣溶液破乳，將產物用自來水洗滌多次，脫水、真空干燥至恒質量，即得炭黑填充型NBR復合 材料（NBR/M/炭黑復合材料）。混煉膠在Φ160型開煉機上制備，硫化膠在25t平板硫化機上制備，硫化條件為160℃×t90。
1．4性能測試
（1）紅外光譜（IR）分析
紅外光譜采用日本日立公司RFX-65型傅立葉轉換紅外吸收光譜儀測定。試樣經丙酮抽提后直接在玻璃片上涂膜烘干。
（2）物理性能
拉伸性能采用上海化工機械四廠DXLL-2500型電子拉力機，按照GB/T 528-1998進行測定，拉伸速率500mm.min-1；邵爾A型硬度采用上海化工機械四廠XY-1型橡膠硬度計，按照GB/T 531-1999進行測定。
（3）熱重分析（TGA）
采用美國TA公司TGA2050型熱重分析儀進行熱重分析，測定條件；升溫速率為10℃.min-1,測定溫度范圍為室溫~900℃，氮氣氣氛。單體接枝炭黑試樣經抽提預處理后測試，其它試樣不需預處理。
（4）動態力學分析（DMA）
采用美國TA公司Universal V1.7F DMA 2980型動態力學分析儀進行動態力學分析，測試條件，頻率10 HZ ，測試溫度范圍 C100 ~+100℃，升溫速率 10℃.min-1。采用單懸臂梁夾具。
（5）掃描電子顯微鏡（SEM）分析
采用荷蘭菲利浦公司XL-30FEC 型掃描電子顯微鏡觀察試樣斷面的微觀形貌，觀察前試樣作噴金處理。
2結果與討論
2．1R分析
NBR及NBR/M復合材料經抽提后的FTIR譜如圖1所示。
從圖1可以看出，與NBR膠料相比，MBR/BA和NBR/MMA復合材料原FTIR譜在1 187和1 726cm-1處均出現了特征峰，說明BA和MMA接枝到了NBR分子鏈上。
2．2物理性能
NBR及其復合材料的物理性能如表2所示。
從表2可以看出，與NBR/炭黑體系相比，NBR/M/炭黑復合材料和撕裂強度增大。分析原因認為，單體M在與NBR分子鏈接枝的同時與炭黑表面活性基團發生反應，單體M在NBR基體與炭黑之間起到“橋梁”作用，加強了NBR與炭黑的結合。
從表2還可以看出，與加入10份單體M的復合材料相比，加入20份單體M的復合材料物理性能更好。
2．3 TGA
采用BA和MMA對炭黑表面進行改性所得改性炭黑的TGA曲線如圖2所示，分析結果如表3所示。
從表3可以看出，改性炭黑的起始解溫度和最大降解速率溫度均低于未改性炭黑，這是由于改性炭黑表面接枝有機物的熱穩定性較差。
NBR及其復合材料的TGA曲線如圖3和4所示，分析結果如表4所示。
從表4可以看出，與NBR/炭黑體系和NBR/M復合材料相比，NBR/M/炭黑復合材料的降解起始點溫度、最大降解速率點（拐點）溫度和降解終止點溫度均提高，說明接枝上的單體在對NBR分子鏈起保護作用的同時加強了NBR與炭黑的結合，NBR/M/炭黑復合材料的熱穩定性明顯提高。
2.4動態力學性能
NBR及其復合材料的DMA譜如圖5所示，分析結果如表5所示。
從表5可以看出，未添加單體M的材料只有一個Tg，加入單體M的復合材料有兩個Tg，這是由于單體BA和MMA均聚物的Tg與NBR的Tg不同，這也進一步證明單體M已經接枝到NBR分子鏈上。
從表5還可以看出，與NBR/M復合材料相比，NBR/M/炭黑復合材料的兩個Tg值更為接近，這說明單體M不僅能夠與NBR分子鏈發生接枝反應，還與炭黑表面的活性基團發生了反應。
2．5 SEM分析
NBR及其復合材料的SER分析如圖6所示。從圖6可以看出，采用常規混煉工藝制備的NBR/炭黑體系硫化膠中炭黑粒子分布極其不均勻，出現團聚現象，相界面明顯；NBR/M/炭黑復合材料中炭黑粒子分布均勻，相界面模糊。這進一步證明單體M的加入加強了橡膠與炭黑的結合。
3 結論
（1）在NBR膠乳與炭黑的混合體系中加入單體BA或MMA，可以使其在NBR分子鏈發生接枝反應的同時與炭黑表面的活性基團也發生反應，從而制備NBR/M/炭黑復合材料
（2）與NBR/炭黑體系相比，NBR/M/炭黑復合材料的物理性能和熱穩定性能明顯提高；SEM分析表明，NBR/M/炭黑復合材料中炭黑粒子分散均勻，相界面模糊。
