纳米氧化锌对产品性能的影响

     不同比表面积对橡胶性能的影响

工业碱式碳酸锌的核心指标是比表面积。不同比表面积的产品对橡胶产品的性能影响很大。以下是某大型轮胎厂载重斜交轮胎配方应用的实验数据。

胶料的物理性能、使用性能与材料的比表面积存在着相关关系。从胶料强伸性能看，纳米氧化锌在基本不降低伸长率的情况下，能较明显的提高胶料定伸强度。随材料比表面积的增大，这种趋势俞加明显。但更为明显的是胶料的磨耗减量降低和压缩疲劳温升降低。由此可以看出，纳米氧化锌在比表面积达到80m2/g以上时，可表现出优良的普通氧化锌所不具备的综合性能。比表面积在80m2/g以下的纳米氧化锌虽然也较普通氧化锌在综合性能上为优，但与80m2/g以上相比，差距还是较为明显的。

纳米氧化锌对胶料硫化特性的影响

纳米氧化锌对胶料硫化特性的影响较大，由于大比表面高活性，使胶料交联密度提高，这表现在硫化曲线的大扭距MH提高，也表现在300%定伸强度的提高上。另外，硫化曲线有整体随时间后移的倾向，无论ts2、t90都较普通氧化锌延迟。这种延迟作用随配方体系不同程度也不同，具体的机理尚待探讨。

对胶料物机性能的影响

纳米氧化锌对提高胶料物机综合性能是非常明显的，在强伸性能方面，300%定伸强度提高10%左右，同时扯断伸长率基本能够保持不变。在降低磨耗减量、提高耐磨性方面优势明显，磨耗减量的降低在10%以上，这是由于纳米材料的小尺寸效应补强胶料所致，这种补强完全不同于炭黑的补强，其扯断伸长率、弹性均没有降低，从技术上讲是非常理想的。

对胶料生热性能的影响

普通胶料的压缩疲劳温升是48℃，降低生热25%，非常明显，这对于轮胎等动态使用的橡胶制品是非常重要的。这是由于纳米材料的小尺寸效应补强胶料使胶料变形降低所致。炭黑补强胶料虽然也能降低胶料变形，但其弹性降低，滞后损失增大导致了生热剧增，而纳米氧化锌补强后避免了上述缺点，故其生热明显降低。

纳米氧化锌有较高的弹性模量和较低的滞后损耗，这种趋势随材料的比表面积增大而愈加明显，这与生热试验的结果非常吻合，为轮胎等动态制品提高使用寿命提供了非常好的帮助。另外需要指出的是，纳米氧化锌的这个特点在轮胎胎体胶中同样体现，但没有胎面胶这么显著，这与胎体配方本身高弹性、低滞后、低生热、炭黑填充量少、结构低有关，在胎体配方中生热降低幅度约在10%左右。

对胶料老化性能的影响

纳米氧化锌胶料的抗张强度及扯断伸长率在热空气老化后的保持率要明显优于普通胶料，这可能与纳米氧化锌的小尺寸效应增加了交联网络密度，与高分子材料实现了分子水平的结合有关。目前许多橡胶杂件厂尤其是密封件行业对纳米氧化锌这个特点非常欢迎和重视。

对于轮胎等动态使用的制品在使用中由于热氧老化，导致材料性能下降最终导致产品破坏是必然的，提高在老化条件下材料的性能保持率，最终延缓这种破坏，对延长制品使用寿命是非常重要的。

对轮胎实际使用的影响

下面是一组来自轮胎厂应用纳米氧化锌室内里程试验和实际道路试验的数据。其中使用纳米氧化锌的配方为胎冠胶、胎肩胶、缓冲胶和外层胶。