摘要：通過添加不同用量和種類的二硫化鉬（MoS2）制備丁苯膠乳（SBRL)/MoS2復合材料，考察了復合材料的物理機械性能和耐磨性能。結果表明：隨著MoS2用量增加，SBRL/MoS2復合材料的物理機械性能不斷提高，摩擦因數不斷降低，耐磨性能越好；MoS2經復配改性后，制備的SBRL/MoS2復合材料的物理機械性能和耐磨性能更好。

丁苯膠乳（SBRL）是以丁二烯、苯乙烯為主要單體共聚而成的高分子乳液產品的總稱，是用量多的合成膠乳之一。對于SBRL相關產品的生產來說，填料的加入可以很大程度降低生產成本，又可以改善產品的一些性能。二硫化鉬（MoS2）是一種性能優良的固體潤滑材料，在高溫、低溫、高負荷、高轉速和化學腐蝕等條件下具有優異的潤滑性，因此被廣泛用于汽車、機械和橡膠工業，且在高分子材料中可作為減小摩擦因數、提高耐磨性能和力學性能的添加劑使用。

本工作分別將未改性MoS2和有機改性MoS2添加到SBRL中，制備SBRL/MoS2復合材料。通過對所制備的SBRL/MoS2復合材料進行性能測試和微觀結構表征，考察了MOS2對SBRL耐磨性能和力學性能的影響。

1實驗部分

1.1 原料

SBRL：固含量為（40±1)％，淄博合力化工有限公司；MoS2：天津大茂化學試劑廠；硅烷偶聯劑（KH一570）：天津市東麗區天大化學試劑廠；十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）：天津津科精細研究所；無水乙醇：天津市北辰方正試劑廠；其它配合劑均為市售產品。

1.2 MoS2的有機改性

采用復合改性劑對MOS2進行改性，取一定量的MOS2粉體、分散劑無水乙醇，一同加人500ml的三口瓶中進行分散；然后將三口瓶置于80℃恒溫水浴中，裝上回流冷凝裝置。先取一定量配制好的KH一570溶液，緩慢加入到三口瓶中，恒速攪拌24h;然后再加入配制好的CTAB溶液，繼續恒速攪拌24h。將反應完成后的MoS2溶液取出靜置、冷卻到室溫，抽濾，濾餅用乙醇洗滌3～5次，真空干燥、粉碎，即可得到KH一570/CTAB改性MoS2。

1.3 SBRL/MoS2復合材料的制備

13.1 基本配方

SBRL（以干膠質量計）100.0，硬脂酸2.0，氧化鋅5.0，促進劑DM0.50，促進劑D0.5，促進劑TMTD0.2，硫磺2．0，二硫化鉬變量。

1.3.2制備過程

取250ml左右SBRL放人1000ml燒杯中，將一定質量的MOS2水分散后加入其中，再量取300mL的去離子水加入其中，攪拌均勻。然后在60℃恒溫水浴中持續攪拌1h，取出。用稀鹽酸作絮凝劑，緩緩加入SBRL與Mos2的混合溶液中，待SBRL充分絮凝后得到大塊絮凝物，用去離子水反復洗滌直為中性。再將絮凝物放在60℃的電熱鼓風干燥箱中烘干。

將干燥后的SBRL/MoS2混合絮凝物在上海橡膠機械一廠生產的5X(S)K_160型雙輥開煉機上塑煉，然后按一般的加料順序加人其它配合劑，充分混煉后得到SBRL/MoS2混煉膠。靜置3h左右后用上海登杰機器設備有限公司生產的MDR一2000型橡膠硫化儀測定其硫化曲線，得出正硫化時間t₉₀，然后在上海第 一橡膠機械廠XCB-D350×350×2型電熱平板硫化機上硫化即可得到SBRL/MoS2納米復合材料，硫化條件為：15MPa×150℃×t₉₀。

1.4測試分析

（1）紅外光譜（FTIR）分析：采用德國BRUKER公司的Tensor-27型紅外光譜分析儀表征MOS的改性效果。

（2）X一射線衍射（XRD）分析：采用日本理學公司的D/Max2500VB2+/PC型X一射線衍射儀測試MOS2改性前后及SBRL/MoS2復合材料的XRD圖譜，測試條件為：銅靶，工作電壓40kV，電流200mA，掃描角范圍2°~50°，連續掃描。

（3）物理機械性能測試：邵爾A型硬度按GB/T531一1999在LX-A型橡膠硬度計（上海六中量儀廠生產）上測試；拉伸性能和撕裂強度分別按GB／T528一1998和GB/T529一1999在JG-4000-0型拉力實驗機（江都金剛機械廠生產）上測試，拉伸速度為500mm/min。

（4）耐磨性能測試：采用MMW-1型萬能摩擦磨損試驗機（濟南凱德儀器有限公司生產）測試SBRL/MoS2復合材料的摩擦因數。測試條件為：對磨件為光滑不銹鋼環，載荷10N，轉速200r/min，摩擦力穩定后讀數。

（5）熱失重（TG）分析：采用HCT一1型熱重分析儀（北京恒久科學儀器廠生產）對SBR/MoS2復合材料進行測試。測試條件為：吹掃氣為普通N2，載氣流速為20ml-/min，升溫速率為10℃/min，掃描溫度范圍為50～800℃。

（6）掃描電鏡（SEM）分析：將硫化膠置于液氮中低溫脆斷，將斷面處噴金后在KYKY一EM3800型掃描電鏡（北京中科科儀技術發展有限公司生產）上觀察斷面形貌并進行拍照。

2結果與討論

2.1 MoS2的微觀結構表征

2.1.1 MoS2的紅外光譜分析

圖1為改性前后MoS2粉體的紅外光譜圖。與未改性MOS2相比，KH--570/CTAB改性MOS2在3445cm^-1處出現了R—SiOMo—OH中的羥基吸收峰，在2915cm^-1和2842^-1附近出現了-CH2-和-CH3的C-H伸縮振動吸收峰。在2363cm^-1處出現的尖峰很有可能是空氣中CO2的干擾峰。此外，由于改性劑分子之間的相互影響，復配改性時，有些精細結構的特征吸收峰沒有出現，或變得較弱。說明改性后的MoS2粉體中存在新的物質，并且復合改性劑成功包覆在MoS2表面上。

2.1.2 MoS2的XRD譜圖分析

MoS2改性前后的XRD譜圖如圖2所示。

從圖2可以看出，Mos2的特征衍射峰在2θ=26.6°和44.5°處出現。經復配改性，MOS2的衍射峰位置沒有發生移動，說明改性后MOS2的晶體結構未發生改變，仍保持原生粒子結構。這表明，MOS2在進行有機改性的過程中，攪拌作用產生的機械剪切力沒有破壞MOS2的層狀結構，改性劑長分子鏈沒有插進MOS2的片層之間，原因是MOS2的摩擦因數小，攪拌時很難傳遞剪切應力。

結合MOS2的紅外光譜和XRD譜圖分析可知，復合改性劑與Mos2微粒表面反應形成部分共價鍵，改性后的MOS2粉體粒子表面只是包覆了有機物，但是其晶體結構未發生改變。經過有機改性后，MOS2的疏水親油性提高，將其加人橡膠基體中，有利于MoS2粉體在橡膠基體中的分散，改善其與橡膠分子之間的界面相容性。

2.2 SBRL/MoS2復合材料的性能分析

2.2.1MoS2用量對SBRL硫化膠力學性能的影響

從表1可以看出，在本實驗范圍內隨著MOS2用量的增加，硫化膠的拉伸強度不斷提高，而且與純SBRL硫化膠相比，添加20份MOS2時，拉伸強度提高了將近2倍；扯斷伸長率總體變化不大，而且都比純SBRL硫化膠的小，但是當MOS2用量為15份時，出現極大值點；定伸應力表現總體增大的趨勢。這是因為MOS2為層狀結構，其模量比橡膠基體高，MOS2粒子與橡膠基體的界面相結合，在拉伸的過程中，能夠通過界面摩擦將部分應力傳遞給MOS2，這一點也可以從SBRL/MOS2復合材料的扯斷伸長率較小來驗證。

硫化膠的永久變形不斷增大，當Mos2用量大于等于15份時，永久變形會迅速提高。這是因為未改性MoS2粒子與橡膠基體的界面結合較差，隨著MOS2用量增大，界面區應力集中效應增強，硫化膠產生大變形時，界面易分離，硫化膠易出現早期破壞。

硫化膠的邵爾A型硬度和撕裂強度不斷提高，這是由于片狀MOS2對撕裂紋有阻礙作用的緣故。

2.2.2 MOS2用量對SBRL硫化膠耐磨性能的影響

圖3為未經改性MOS2用量對SBRL硫化膠摩擦因數的影響。從圖3可以看出，隨著MoS2用量增大，硫化膠的摩擦因數逐漸減小，尤其是Mos2用量增大到20份時，硫化膠的摩擦因數減幅較大，與未添加MoS2的硫化膠相比，摩擦因數減小了66.7%。

從橡膠的摩擦特性可知，橡膠與固體物質之間的摩擦阻力可以看作是由兩部分組成的，如公式（1）：

F=Fa+Fh

即摩擦阻力等于摩擦表面分子相互接觸產生的粘附力Fa和由于壓入的微凸體使橡膠產生的滯后阻力Fh之和。因此，硫化膠的摩擦因數取決于硫化膠的變形特性及硫化膠與對磨件之間的接觸面積、界面剪切強度等因素。實際測量中，隨著MOS2用量的增加，摩擦因素減小：一是因為硫化膠的硬度不斷提高，接觸面積相對減少，產生的粘附力Fa就小，這對減小摩擦是有利的；二是因為對磨面間起減磨作用的MoS2粒子越多，硫化膠與對磨件之間的界面剪切強度越小，摩擦因數也就越小。

2.2.3 MOS2的預處理對SBRL硫化膠性能的影響

從表2可知，與未改性MOS2相比，KH一570/CTAB復配改Mos2可以進一步提高SBRL硫化膠的拉伸強度、定伸應力和撕裂強度，材料的邵爾A型硬度基本保持不變，摩擦因數進一步降低。原因是，復配改性后的MOS2粒子表面被一些有機基團所包覆，更容易與橡膠分子相結合，大大提高了其與橡膠基體的相容性，改善了MOS2在橡膠基體中的分散效果。

2.3 SBRL/MoS2復合材料的熱重分析

圖4是SBRL/MOS2復合材料的熱重分析圖。從圖4可以看出，隨著MOS2用量的增加，復合材料質量損失20％以后，分解溫度呈現上升趨勢，說明熱穩定性提高。當MOS2用量由10份增加到15份時，復合材料熱分解溫度提高的幅度較大。在達到失重平臺后,MoS2的用量越大，復合材料的殘余量越多。說明MOS2與SBRL分子鏈之間并沒有形成化學鍵結合在一起，僅是分散在SBRL硫化膠基體中。這從第2.4節SBRL/MOS2復合材料的SEM照片中也可以得到驗證。

2．4 SBRL/MoS2復合材料的微觀結構分析

MOS2與SBRL復合體系的XRD譜圖和SEM照片如圖5和圖6所示，其中MOS2用量為20份。由圖5和圖6可知，與MOS2粉末相比，SBRL硫化膠中MOS2在26.6°處的衍射峰位置沒有發生移動，說明在與SBRL復合的過程中，MOS2的片層結構沒有被破壞，橡膠分子鏈沒有插層進入MOS2的片層之間形成插層型結構。原因是在開煉機上共混，由于MOS2的片層間作用力較小，應力在傳遞到晶體內的缺陷造成應力集中而使晶體破壞前，其片層的滑動可以較好地分散能量，因而剪切力將MOS2片層剝開的過程主要是從外層開始，單片層地剝落；另一方面，MOS2與SBRL基體界面之間不能傳遞高的剪切應力，從而使膠料的粘度很大，對MOS2的剝離作用也不大。圖5和圖6中2θ在15°到25°之間的寬峰是橡膠基體引起的，而在31.8°和36．3°處出現的尖峰則是氧化鋅的特征衍射峰，在使用氧化鋅作為硫化活性劑的硫化膠的XRD譜圖中都有存在。

通過2種硫化膠的SEM照片可以看出，Mos2在SBRL中的分散效果均較好，而復配改性Mos2在SBRL基體中的分散更為均勻。這是因為在加工過程中MOS2原生粒子的粒徑有一定程度的減小，但仍處在微米尺度，在一定程度上有利于其在橡膠基體中的分散。復配改性MOS2粉體與SBRL基體間的界面結合也較好，原因是經復配改性后，MOS2原生粒子表面包覆一層有機分子，有利于提高其與橡膠基體相容性。

3結論

（1）MoS2的紅外光譜和XRD譜圖分析表明：經過復配改性，MOS2的晶形結構沒有發生改變，其粉體粒子表面成功地被KH570/CTAB復合改性劑包覆。

（2）隨著MOS2用量增加，SBRL硫化膠的力學性能不斷提高，摩擦因數減小，耐磨性能提高，熱穩定性也較好。

（3）復配改性MOS2與SBRL硫化膠基體的相容性較好，能夠進一步提高SBRL硫化膠的力學性能。

洛陽申雨鉬業坐落于中國鉬都欒川，依托優質資源和先進的生產工藝，我司致力于為客戶提供質量穩定可靠的二硫化鉬粉末及其下游產品，并致力于成長為潤滑工程解決方案提供商。