废缟玛瑙粉对炭黑/三元乙丙橡胶复合材料性能的影响研究及其环保应用价值

本文研究了废缟玛瑙粉（WOP）作为填料对三元乙丙橡胶（EPDM）复合材料性能的调控作用。通过添加22、50、95 phr WOP，系统分析了其对硫化特性（ML/MH/CE/CRI）、力学性能（M100/M200/TS/EB）及热稳定性的影响，证实WOP可替代传统填料（如CaCO3）用于汽车垫、管道等低成本橡胶制品，兼具环境效益与经济价值。

　　

1 引言

三元乙丙橡胶（EPDM）因其优异的耐臭氧、耐热和化学稳定性，广泛应用于汽车密封件和建筑领域。然而，传统填料如炭黑（CB）存在高能耗和环境污染问题。本研究首次将土耳其卡帕多西亚地区的废缟玛瑙粉（WOP，主要成分为CaCO₃）引入EPDM体系，探究其作为环保填料的可行性，旨在解决石材加工业废弃物堆积问题，同时降低橡胶生产成本。

2 材料与方法

2.1 材料

EPDM（乙烯含量48 wt%）与WOP（平均粒径61.15 μm，CaO含量51.82 wt%）通过密炼机共混，添加炭黑（50 phr）和硫化剂（硫磺/TMTD/MBTS），制备不同WOP含量（22/50/95 phr）的复合材料。

2.2 性能表征

采用流变仪测定硫化参数（ML/MH/t₉₀），拉伸试验机评估力学性能（TS/EB/M100/M200），热重分析（TGA）和扫描电镜（SEM）观察微观结构，并通过分散度测试（ISO 11345）评估填料分布均匀性。

3 结果与讨论

3.1 硫化与流变特性

WOP的加入显著提升硫化效率：ML和MH分别增加106.5%和61.9%，表明填料-基体相互作用增强；CRI最高达133.33（50 phr WOP），反映交联密度提高。

3.2 力学性能

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  模量与强度：95 phr WOP使M100和M200分别提升58.6%（4.6 MPa）和46.3%（10.1 MPa），但TS在22 phr时达峰值14.3 MPa（较纯EPDM提高20.1%），过量填充（95 phr）导致TS下降至8.6 MPa，归因于填料团聚（分散度降至69.06%）。

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  断裂伸长率：EB从293%（纯EPDM）降至241-264%，体现材料刚性增强。

3.3 热稳定性与微观结构

TGA显示WOP使分解温度提高至798°C（95 phr），残炭量增加28.77 wt%。SEM证实22 phr WOP分散均匀，而95 phr样品出现界面空隙，与力学性能下降趋势一致。

3.4 功能性测试

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  耐磨性：22 phr WOP复合材料磨损率最低，但高填充量（95 phr）因硬度上升（Shore A 77）导致磨损加剧。

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  回弹性：WOP降低回弹率（62.2%→50.91%），但提升压缩永久变形性能（66.6%）。

4 结论

废缟玛瑙粉可作为EPDM的高效补强填料，优化硫化过程并提升模量，22-50 phr为最佳添加量。其在汽车地垫、门窗密封条等领域的应用，不仅降低成本，还为石材废弃物资源化提供新途径。研究为开发可持续橡胶材料提供了实验依据与技术支撑。