（中国粉体技术网/班建伟）重晶石(BaSO4) 具有密度大、硬度低、化学性质和热学性质稳定的特点，是一种重要的非金属矿物原料。近年来，重晶石的国际需求一直处于高增长的态势。由于其廉价的成本和特殊的性质，使其在造纸工业、橡胶和塑料工业等方面取得了广泛的应用。但其与橡塑材料界面相容性差的缺陷严重限制了其应用。
目前，研究者采用多种技术手段对重晶石进行深加工改性，使重晶石产生了高活性表面和化学活性点，从而为制备功能材料提供了必要的条件。重晶石作为无机填料在塑料中的应用研究主要集中在重晶石对聚合物树脂的改性。张德等研究了重晶石表面改性及改性重晶石在丁苯橡胶中的应用，确定了改性剂的种类、用量和最佳改性温度，并对改性效果进行了评价。
本实验利用硬脂酸对重晶石进行表面活化改性，并通过直接共混法制备重晶石/ 橡胶复合材料，研究了重晶石对天然橡胶的补强效果。该项目的研究既能提高重晶石的附加值，降低橡胶材料的生产成本，又能为制备具有特殊硬度、耐磨性及耐老化性的新型材料提供技术参考，拓宽重晶石的应用领域.
1 实验部分
利用硬脂酸对重晶石进行有机活化改性，通过直接共混法制备重晶石/ 天然橡胶(NR) 复合材料。研究复合材料的拉伸性能、硬度、耐磨性能变化规律。
2 结果与讨论
2.1 重晶石用量对拉伸性能的影响
改性前后重晶石用量对材料拉伸强度的影响分别见图3。从图3 中可以看出，随着重晶石添加量的增加，重晶石/ 橡胶复合材料的拉伸强度显著增加。当重晶石添加量为30% （质量分数，以下同） 时，拉伸强度达到最大值。重晶石添加量如果继续增大，拉伸强度下降。这主要是因为，随着无机重晶石粒子的引入，一方面由于NR基体与重晶石粒子之间的界面作用，使得部分应力可以转移至模量比聚合物基体大很多的无机粒子上，在基体内产生很多微变形区，吸收大量的能量，使材料承受外力的能力得到了加强，因而材料的拉伸强度逐渐上升。当重晶石含量较高时团聚极为严重，成为明显的内部缺陷，在外力作用下成为应力集中点，从而造成材料拉伸性能的降低。相同的重晶石添加量时，改性重晶石/ 橡胶的拉伸强度明显增大。当改性重晶石添加量为30% 时，材料的拉伸强度达到25MPa。这主要是改性重晶石在NR 基体中的分散性能增强，进而拉伸强度增加。
2.1 重晶石用量对断裂伸长率的影响
改性前后重晶石的用量对橡胶断裂伸长率的影响，见图4。从图4 中可以看出，随重晶石添加量的增加，重晶石/ 橡胶复合材料的断裂伸长率呈逐渐降低的趋势。未改性重晶石/ 橡胶材料的断裂伸长率低，而改性重晶石/ 橡胶材料的断裂伸长率明显增加。
当用量不超过30% 时，改性重晶石/ 橡胶材料的断裂伸长率降低幅度较小，用量继续增加，断裂伸长率急剧下降。断裂伸长率反映了高聚物基体在拉伸应变下的延展性，也反映了复合材料中聚合物基体高分子链段的自由运动能力。对于聚合物基无机复合材料，颗粒在聚合物基体中的分散以及颗粒于聚合物基体之间的相互作用对复合材料的断裂伸长率有很大的影响。重晶石粒子本身没有延展性，因此它的引入必定导致复合材料断裂伸长率的下降。同时，颗粒与聚合物基体之间的界面脱离可以吸收额外的能量，这个过程也可以缓冲材料的断裂破坏。
2.3 重晶石用量对硬度的影响
硬度是衡量材料表面抵抗机械压力的指标。硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关。重晶石用量对橡胶硬度的影响，见图5。从图5 可以得出，随着重晶石用量的增加，材料的硬度呈逐渐增加的趋势。硬度增加主要是由于无机重晶石粉体本身的硬度大导致。其中改性重晶石/ 橡胶材料的硬度明显提高。这主要是改性重晶石与橡胶材料的相容性增大，进而材料的性能得到改善。
2.4 重晶石用量对磨耗性能的影响
耐磨性能对于预测橡胶制品在使用条件下的实际寿命具有重要的意义。重晶石用量对橡胶磨耗性的影响，见图6。从图6 可以看出，对于未改性重晶石/ 橡胶材料，随着重晶石用量的增加，耐磨性变差。这主要是由于未改性重晶石在橡胶基体中的相容性差。摩擦过程中，重晶石颗粒从橡胶表层处发生断裂，产生颗粒的剥落。随着摩擦过程的进行，部分重晶石颗粒粘附到对偶件的表面，进而加剧了橡胶耐磨性能的降低。对于改性重晶石/ 橡胶材料，当重晶石用量不超过30% 时，随着重晶石用量的增加，材料的耐磨性能增加。如重晶石用量继续增大，重晶石/ 橡胶材料的耐磨性能降低。
3 结论
通过对重晶石纯化和活化处理，采用硬脂酸活化后重晶石补强的橡胶，其正硫化条件150℃×4min。通过拉伸性能、硬度、耐磨性能的分析，活化后重晶石用量为30% 时，其拉伸强度为25MPa，断裂伸长率达到900%，且橡胶复合材料的耐磨性能也有一定程度的提高。重晶石可以作为一种新型的橡胶补强材料，再加上偶联剂的活化改性，因而具有优异的补强效果及理想的加工特性。
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