中国报告大厅网讯，在材料科学快速发展的当下，新型复合材料的研发与应用备受关注。丁腈橡胶凭借其优异的耐油性能和力学性能，在众多领域广泛应用。而硫酸铝行业作为一种来源广泛、价格低廉且具备独特性能优势的物质，与丁腈橡胶结合制备复合材料成为新的研究方向。通过探索硫酸铝与丁腈橡胶复合材料的制备及工艺，能够深入了解其性能特点，为相关领域的材料应用提供更多选择和技术支持。

  一、硫酸铝 / NBR 复合材料的制备方法

  《2025-2030年全球及中国硫酸铝行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，以丁腈橡胶 1052 为基体材料，选用分析纯(99.0%)的Al2(SO4)3⋅18H2O作为配位交联剂。首先利用高速球磨机在1000r⋅min−1、20℃的条件下对Al2(SO4)3⋅18H2O进行研磨，再通过振动筛分机筛选出不同粒径的粒子。然后按照特定配方，在 40℃条件下，使用开炼机将Al2(SO4)3⋅18H2O直接添加到丁腈橡胶中，混炼(5.0 ± 0.5)min 制成混炼胶。混炼胶放置 24h 后，利用平板模压机在 200℃、15MPa 的条件下模压 40min，最终制得 2mm 厚度的硫酸铝 / NBR 复合材料，并用 1 型哑铃型裁刀取样用于后续测试。

  二、硫酸铝对复合材料硫化特性的影响

  (一)加工温度的影响

  当Al2(SO4)3⋅18H2O用量为 10 质量份时，在 160 - 200℃温度范围内，随着测试时间增加，扭矩值不断增大，表明丁腈橡胶和Al2(SO4)3⋅18H2O在热压作用下发生配位交联反应形成交联网络结构。随着加工温度升高，复合材料的最大扭矩值MH和扭矩差值ΔM不断提高，焦烧时间ts1和正硫化时间t90逐渐减小。如 160℃时，ts1为 21.37min，t90为 53.70min，MH为 0.368N・m，ΔM为 0.289N・m;而 200℃时，ts1降至 2.57min，t90降至 37.80min，MH升至 0.957N・m，ΔM升至 0.892N・m。这是因为高温使丁腈橡胶分子链和链段运动更剧烈，提高了Al2(SO4)3⋅18H2O在胶料中的分散程度，同时活化了更多腈基和铝离子参与配位交联，加快了交联速度、提高了交联程度。

  (二)用量的影响

  在 200℃下，不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量的复合材料表现出不同硫化特性。随着用量增加，MH和ΔM不断提高，ts1逐渐减小。当用量少于 15PHR 时，增加用量有助于与腈基发生交联反应，反应速度加快，t90减小;但用量多于 15PHR 时，容易出现团聚现象，且交联程度增加限制分子链运动，使交联反应不能充分进行，t90反而增加。例如，用量为 5PHR 时，ts1为 5.22min，t90为 39.97min，MH为 0.536N・m，ΔM为 0.468N・m;用量为 30PHR 时，ts1降至 1.18min，t90为 42.67min，MH升至 1.994N・m，ΔM升至 1.942N・m 。

  (三)粒径的影响

  当Al2(SO4)3⋅18H2O用量为 10PHR、温度为 200℃时，其粒径越小，复合材料的MH和ΔM越大，ts1和t90越小。粒径为 100 目时，ts1为 3.15min，t90为 37.18min，MH为 0.894N・m，ΔM为 0.824N・m;粒径为 350 目时，ts1降至 0.90min，t90降至 14.87min，MH升至 1.218N・m，ΔM升至 1.152N・m。这是因为粒径减小有利于提高在胶料中的分散程度，减少团聚和与腈基接触受限的影响，从而提高配位交联程度和速度。不过，当粒径达到 350 目时，MH和ΔM增大幅度减弱，说明铝离子和腈基的接触和配位反应已达到交联程度提高的阈值。

  三、硫酸铝对复合材料力学性能的影响

  (一)用量的影响

  不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量对复合材料力学性能影响显著。随着用量增加，拉伸强度和定伸强度逐渐增大，当用量为 30PHR 时，拉伸强度达到 2.77MPa。这是由于交联程度提高，增强了材料交联网络抵抗外力破坏的能力。而断裂伸长率随着用量增加逐渐减小，用量为 30PHR 时，断裂伸长率为 401% ，但仍保持橡胶柔韧特性。这是因为交联程度提高限制了丁腈橡胶分子链和链段的活动，使其应变能力下降。

  (二)粒径的影响

  在用量为 10PHR 时，随着Al2(SO4)3⋅18H2O粒径减小，复合材料的拉伸强度和定伸强度明显增大。当粒径为 350 目时，拉伸强度为 2.88MPa，远超未研磨材料性能，断裂伸长率为 798%，仅略微减小。这是因为粒径减小提高了材料交联程度，且更均匀的分散使交联网络的交联点分布更均匀，从而在提升拉伸强度的同时，较好地保持了断裂伸长率。

  四、硫酸铝 / NBR 复合材料微观形貌分析

  (一)不同用量的微观形貌

  通过扫描电子显微镜观察不同Al2(SO4)3⋅18H2O用量的复合材料脆断面发现，在热压作用下，Al2(SO4)3⋅18H2O和丁腈橡胶的相界面变得模糊，表明界面处的铝离子和腈基产生了配位交联反应，形成交联网络结构。然而，随着用量增加，粒子分布不均，开始出现团聚现象，这导致复合材料的交联反应变慢，断裂伸长率降低。

  (二)不同粒径的微观形貌

  观察不同粒径(用量为 10PHR)的复合材料脆断面 SEM 图可知，随着Al2(SO4)3⋅18H2O粒径减小，粒子在胶料中的分散程度提高，与丁腈橡胶的相界面更加模糊。这表明粒径减小且分散均匀有助于提高界面相互作用，增大二者界面强度，这与力学性能分析结果一致。

  综上所述，通过机械共混和热压加工，成功制备出配位交联硫酸铝 / NBR 复合材料。加工温度升高可提升复合材料的交联程度和速度;Al2(SO4)3⋅18H2O用量增加，交联程度提高，拉伸强度和定伸强度增大，断裂伸长率减小，用量为 30PHR 时，拉伸强度达2.77MPa，断裂伸长率为 401% ;粒径减小，交联程度和速度提高，拉伸强度和定伸强度明显增大且保持较高断裂伸长率，350目、用量 10PHR 时，拉伸强度为 2.88MPa，断裂伸长率为 798%。这些研究成果为硫酸铝行业在复合材料领域的应用提供了重要的理论和实践依据，有助于推动相关行业的技术发展和材料创新。