1982年扫描隧道显微镜发明以后，美、日等发达国家用超微加工技术开始制造100 nm以下的微小结构材料。我国自80年代中期开始从事纳米技术的研究，十几年来已在超微加工纳米材料的制造与应用上取得了很大成效，可以说已接近国际水平。
橡胶是一种伸缩弹性优异的高分子材料，广泛用于汽车轮胎、防水片材、胶带、胶管、密封件等的制造，已有近百年的历史。在应用橡胶材料的过程中，通常在胶料中加八各种填料，以提高橡胶材料的性能，满足现代工程所需要的强度、耐磨性、抗老化性等各种性能。当材料的结构单元小到纳米级时，材料的性质发生了重大变化，不仅明显改善了原有材料的性能，而且会有新的性能或效应产生，即纳米材料所特有的小尺寸效应、量子效应及体积效应。纳米材料与高分子材料大分子之间的接枝作用，不但可以显著提高高分子材料的综合性能，还可提高其热稳定性、光稳定性和化学稳定性，从而达到提高高分子材料的使用性能，延长制品使用寿命的目的。
氧化锌作为一种传统的橡胶填充剂，在橡胶中主要是作为活性剂，其次用作补强剂和着色剂，本工作研究了纳米氧化锌对胶料物理性能的影响。
1.实验
1.1 原材料
NR，海南农垦橡胶有限公司产品；BR，中国石化北京燕山石油化学工业公司产品；纳米氧化锌(粒度为10～20 nm)，山西省丰海纳米科技有限公司产品；其它材料均为橡胶工业常用原材料。
1.2 试验配方
A1(试验配方)：NR 50；BR 50；炭黑53；防老剂3；促进剂0．8；硫黄1．5；纳米氧化锌3；操作油7；硬脂酸3；其它3．5。
A2(生产配方)：除使用普通氧化锌等量替代纳米氧化锌外，其它配方组分和用量均与试验配方A1相同。
B1(试验配方)：NR 80；BR 20；纳米氧化锌5，炭黑42；防老剂3；促进剂0．8；硫黄2．2；操作油5；硬脂酸2．5。
B2(生产配方)：除使用普通氧化锌等量替代纳米氧化锌外，其它配方组分和用量均与试验配方B1相同。
1.3 试验仪器与设备
XK-160型开炼机，广东湛江橡胶机械厂产品；孟山都T-10电子拉力机和2000型无转子硫化仪，美国孟山都公司产品；M200E型门尼粘度仪，北京市友深电子仪器厂产品；阿克隆磨耗机和YS-25-Ⅱ型压缩试验机，上海化机四厂产品。
1.4 试样制备
小配合试验胶料在XK-160型开炼机上进行混炼；车间大料混炼分两段在GK．270密炼机上进行。
1.5 性能测试
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标准进行测试。胶料的物理性能按相应国家标准测试。
2.结果与讨论
2．1 纳米曩化锌的化学分析
由于还没有纳米氧化锌相应的国家标准．因此化学分析按企业标准进行，化学分析结果见表1。
由表1可以看出，纳米氧化锌的化学分析测试结果均符合指标要 求．尤其比表面积远高于标准指标。
2．2 小配合试验
小配合试验结果如表2所示。
从表2可以看出，对于来硫化胶，使用纳米氧化锌胶料的焦烧时间较正常生产配方有所缩短．硫化速度加快，这主要是由于同普通氧化锌相比，纳米氧化锌粒径小，比表面积大，配位严重不足，因而具有较高的高活性所致；胶料的门尼粘度基本保持一致。硫化胶的拉伸性能较正常生产配方有所提高，特别是胶料的撕裂强度、H抽出力和磨耗性能较正常生产配方有明显提高，硫化胶的压缩永久变形和生热低于正常生产配方．这主要是由于纳米材料所特有的小尺寸效应以及由此产生的其它效应所致，同时与大颗粒材料相比，纳米材料由于尺寸小，可以深入到橡胶不饱和键附近，并与橡胶分子的不饱和键的电子云发生淤渗作用，从而提高了橡胶的稳定性；纳米氧化锌由于比表面积大。表面严重配位不足，导致具有很高的活性，同时由于纳米材料与橡胶大分子之间以及橡胶大分子与尼龙66分子之间可以实现分子水平上的结合。即纳米材料与橡胶分子的接枝作用，达到了提高橡胶性能的目的。
2．3 车间大料试验
为进一步验证纳米氧化锌对胶料性能的影响．选用试验配方A1和B1进行车间大料试验并与正常生产配方A2和B2进行对比。混炼采用与正常生产配方相同的生产工艺，车间大料性能测试结果见表3。从表3可以看出，车间大料物理性能与小配合试验基本一致。
2．4 成品试验
通过小配合及车间大料试验结果可以看出，纳米氧化锌可以有效提高胶料的综合性能，为此在轮胎配方中全部使用纳米氧化锌替代普通氧化锌进行了9．00—20 16PR外胎的成品试制。并与正常生产的同规格轮胎进行对比试验，结果见表4。
从表4可以看出，使用纳米氧化锌的试验轮胎胎冠胶物理性能明显优于正常生产轮胎，成品性能好于正常胶料生产的轮胎。这也与小配合试验结果相吻合。
2．5 轮胎里程试验
用纳米氧化锌等量替代普通氧化锌试制了一批9．00—20 16PR轮胎进行轮胎里程试验．结果见表5。从表5可看出，使用纳米氧化锌的试验轮胎累计平均磨耗高于正常生产的轮胎。
3.结论
纳米氧化锌与普通氧化锌相比，具有粒径小、比表面积大、活性高的特点。纳米氧化锌可与橡胶分子实现分子水平上的结合，即纳米氧化锌与橡胶分子的接枝作用。可达到提高胶料性能的目的，尤其是胶料的耐磨性能、H抽出力和撕裂性能的提高比较显著。且成品性能也得到相应改善。
魏爱龙，魏廷贤，杨风伟，胡群绪，袁鹏翔
