丁腈橡膠耐熱柴油性能的研究

丁腈橡膠耐熱柴油性能的研究

眾所周知，丁二烯和丙烯基丙烯基是在乳液或溶液混合后得到的一種高度親水的知識(shí)分子。丁二烯的橡膠基比妥酸二烯基好，因?yàn)樗碾婊芨撸院茈y抗非剛性油或弱剛性油。丁二烯的耐油性最好，其次是聚硫橡膠和氟橡膠。丁二烯基聚吡咯含有丙烯酸二烯基結(jié)構(gòu)，飽和度低，但腈基基的電子吸收能力強(qiáng)。因此，丁二烯基氫原子的耐蔭性最好。此外，丁腈橡膠的耐水性優(yōu)于天然橡膠和丁苯橡膠，最大使用溫度可達(dá)130至150。1實(shí)驗(yàn)部分1.1主要試劑用量丁腈橡膠(NBR),4155,ACN質(zhì)量分?jǐn)?shù)41%,鎮(zhèn)江南帝化工有限公司;丁腈橡膠(NBR),N41,ACN質(zhì)量分?jǐn)?shù)28%~30%,中國(guó)石油蘭州石化公司;丁腈橡膠(NBR),1846,ACN質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%,德國(guó)朗盛公司;DCP,江蘇太倉(cāng)塑料助劑廠;TAIC和HVA-2,浙江黃巖化工助劑廠;其他配合劑均為橡膠工業(yè)常用原材料。1.2平板硫化機(jī)、qlb-50dq開煉機(jī),XK-160,無錫市第1橡塑機(jī)械有限公司;雙層電熱平板硫化機(jī),QLB-50D∕Q,無錫市第1橡塑機(jī)械有限公司;高低溫拉力試驗(yàn)機(jī),AI-7000GD,臺(tái)灣高鐵科技有限公司;無轉(zhuǎn)子硫化儀,GT-M2000A,臺(tái)灣高鐵科技有限公司。1.3硫化特性及試驗(yàn)條件本工作工藝流程為:配料→混煉→停放→測(cè)試硫化特性→硫化試片→停放→沖裁試樣→性能測(cè)試。硫化儀測(cè)試條件為175℃×30min。試樣硫化條件為175℃×t1.4蝦爾a硬度測(cè)試硫化特性按GB/T16584-1996測(cè)試;拉伸性能按GB/T528-2009測(cè)試;邵爾A硬度按GB/T531.1-2008測(cè)試;耐油性能按GB/T1690-2010測(cè)試,試驗(yàn)介質(zhì)為0號(hào)柴油,試驗(yàn)條件為130℃×30min+140℃×10min+150℃×20min。2結(jié)果與討論2.1硫化膠耐柴油性能硫化體系是影響橡膠力學(xué)性能的主要配合因素,丁腈橡膠常用硫化體系有普通硫黃硫化體系CV、有效硫黃硫化體系EV、半有效硫黃硫化體系SEV、過氧化物硫化體系和樹脂硫化體系等,不同硫化體系的硫化膠耐熱柴油性能見表1。從表1可看出,5種硫化體系的丁腈橡膠硫化膠浸油后的質(zhì)量變化率都為正值,其中過氧化物硫化體系的質(zhì)量變化率最小,半有效硫黃硫化體系的最大。5種硫化體系的丁腈橡膠硫化膠硬度變化都為負(fù)值,其中過氧化物硫化體系的硬度變化最小,半有效硫黃硫化體系和樹脂硫化體系的硬度變化最大。5種硫化體系的硫化膠拉伸強(qiáng)度變化率都為負(fù)值,其中過氧化物硫化體系的拉伸強(qiáng)度變化率最小,其次是有效硫黃硫化體系,半有效硫黃硫化體系的變化最大。樹脂硫化體系的硫化膠拉斷伸長(zhǎng)率為正值,其他4種硫化體系的硫化膠拉斷伸長(zhǎng)率都為負(fù)值,其中普通硫黃硫化體系的拉斷伸長(zhǎng)率變化率最小,其次是過氧化物硫化體系,樹脂硫化體系的變化率最大。過氧化物硫化體系的硫化膠耐油系數(shù)最接近于1,其次是樹脂硫化體系,半有效硫黃硫化體系的差別最大。綜合分析,過氧化物硫化體系的硫化膠耐熱柴油性能較好。在浸熱油過程中,丁腈橡膠存在2種變化,(1)油與膠相互擴(kuò)散,具體表現(xiàn)為油滲入膠料中和萃取膠料中的可溶性物質(zhì)(如增塑劑、有機(jī)促進(jìn)劑和防老劑等有機(jī)助劑),這個(gè)過程若以油滲入膠料為主,表現(xiàn)為膠料變軟,硬度和力學(xué)強(qiáng)度下降,質(zhì)量增大,拉斷伸長(zhǎng)率變化不定;若以萃取膠料中的有機(jī)物質(zhì)為主,表現(xiàn)為膠料變硬,硬度上升,拉斷伸長(zhǎng)率下降,質(zhì)量減小,力學(xué)強(qiáng)度變化不定。(2)在高溫下橡膠結(jié)構(gòu)化的老化,丁腈橡膠的老化主要為結(jié)構(gòu)化的老化,這種變化表現(xiàn)為膠料硬度和力學(xué)強(qiáng)度上升,拉斷伸長(zhǎng)率下降。試驗(yàn)結(jié)果表明,在高溫柴油中丁腈橡膠的老化以油滲入膠料過程為主。2.2丁腈橡膠浸油前后硬度和耐油系數(shù)丙烯腈含量是影響丁腈橡膠性能的重要因素之一,常用的丁腈橡膠丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%、28%和41%,丙烯腈含量對(duì)丁腈橡膠耐熱柴油性能的影響測(cè)試結(jié)果見表2。從表2可看出,隨著丙烯腈含量的增大,浸油后的丁腈橡膠硬度變化(絕對(duì)值)減小,也就是說,硬度下降程度減小;拉伸強(qiáng)度變化率和拉斷伸長(zhǎng)率變化率上升,并從下降漸變?yōu)樯仙?與浸油前相比);質(zhì)量變化率下降;耐油系數(shù)增大。也就是說,丙烯腈含量越高,丁腈橡膠的耐熱柴油性能就越好,這與常溫下丁腈橡膠中丙烯腈含量對(duì)其耐油性能的影響是一致的,這與丁腈橡膠中丙烯腈含量增大,膠料極性和耐熱性增大有關(guān)。2.3填料浸油前后的性能測(cè)定填料在橡膠中可改善膠料的力學(xué)性能和加工性能,降低材料成本。本文分別選用白炭黑、滑石粉、陶土、輕鈣、氧化鎂、氧化鋅、炭黑N220、炭黑N770和噴霧炭黑進(jìn)行對(duì)比并測(cè)試了NBR的耐熱柴油性能,結(jié)果見表3。從表3可看出,浸油后滑石粉/丁腈橡膠硬度變化最大,填料分別為白炭黑、陶土和氧化鋅的膠料硬度變化較小;氧化鋅/丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度變化率最大,噴霧炭黑/丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度變化率最小;白炭黑/丁腈橡膠的拉斷伸長(zhǎng)率變化率最大,陶土/丁腈橡膠的拉斷伸長(zhǎng)率變化最小;炭黑N770/丁腈橡膠和氧化鋅/丁腈橡膠的質(zhì)量變化率最大,噴霧炭黑/丁腈橡膠的最小,并且都在8%以內(nèi);噴霧炭黑/丁腈橡膠的耐油系數(shù)最接近1,并且?guī)追N炭黑/丁腈橡膠的耐油系數(shù)都高于其他幾種填料的硫化膠。綜合分析,炭黑/丁腈橡膠的耐熱柴油性能較好,其中低活性炭黑/丁腈橡膠的更好一些。2.4nbr耐熱柴油性能增塑劑可增大膠料的塑性和流動(dòng)性,使膠料便于加工,同時(shí)還可降低硬度,提高耐寒性;橡膠浸油或介質(zhì)后增塑劑可能會(huì)被抽提或揮發(fā)。本文選用DBP、DOP、機(jī)油和古馬隆4種增塑劑進(jìn)行對(duì)比并測(cè)試NBR耐熱柴油性能,結(jié)果見表4。從表4可看出,浸油后古馬隆/丁腈橡膠的硬度變化最大,機(jī)油/丁腈橡膠的最小;DBP/丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度變化率最大,古馬隆/丁腈橡膠的最小;DBP/丁腈橡膠的拉斷伸長(zhǎng)率變化率最大,機(jī)油/丁腈橡膠的最小;古馬龍/丁腈橡膠的質(zhì)量變化率最大,DOP/丁腈橡膠的最小;DOP/丁腈橡膠的耐油系數(shù)最接近1,與DBP/丁腈橡膠的差別最大。綜合分析,添加相對(duì)分子質(zhì)量大或固體增塑劑的丁腈橡膠耐熱柴油性能較好。2.5不同防老劑家香粉電路后耐熱柴油性測(cè)試防老劑可提高橡膠的耐熱老化性,不同防老機(jī)理的防老劑并用可產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。本試驗(yàn)選用防老劑A、防老劑4010NA、防老劑RD、防老劑264、防老劑MB單用和防老劑MB/防老劑4010NA、防老劑264/防老劑4010NA、防老劑RD/防老劑4010NA并用進(jìn)行了對(duì)比并測(cè)試了耐熱柴油性,結(jié)果見表5。從表5可看出,浸油后防老劑MB/防老劑4010NA并用的丁腈橡膠硬度變化最大,防老劑RD/丁腈橡膠硬度變化最小;防老劑A/丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度變化率最大,防老劑MB/防老劑4010NA并用的丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度變化率最小;防老劑A/丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最大,防老劑RD/防老劑4010NA并用的丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最小;防老劑246/防老劑4010NA并用的質(zhì)量變化率最大,防老劑MB/丁腈橡膠的最小;防老劑RD/丁腈橡膠耐油系數(shù)最接近1。綜合分析,不同類型的防老劑并用均對(duì)丁腈橡膠耐熱柴油性能有益。2.6nbr耐熱柴油性能測(cè)試由于單用過氧化物硫化的丁腈橡膠撕裂強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均較低,為了改善性能通常需添加硫化助劑,丁腈橡膠采用過氧化物硫化體系時(shí)的常用硫化助劑有HVA-2、S和TAIC,本試驗(yàn)測(cè)試的NBR耐熱柴油性能結(jié)果見表6。從表6可看出,浸油后硫化助劑為HVA-2的丁腈橡膠硬度變化最大,硫化助劑為TAIC的丁腈橡膠硬度變化最小;硫化助劑為TAIC的丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度變化率最大,硫化助劑為S的丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度變化率最小;硫化助劑為TAIC的丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最大,硫化助劑為S的丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最小;硫化助劑為S的丁腈橡膠質(zhì)量變化率最大,HVA-2的最小;硫化助劑為S的丁腈橡膠耐油系數(shù)最接近1。綜合來看,硫化助劑為硫黃的丁腈橡膠耐熱柴油性能較好,HVA-2的次之,TAIC的較差。2.7耐熱助劑的選擇丁腈橡膠常用耐熱助劑有甲基丙烯酸鎂和甲基丙烯酸鋅,本試驗(yàn)測(cè)試的耐熱柴油性能見表7。從表7可看出,浸油后耐熱助劑為甲基丙烯酸鋅的丁腈橡膠硬度變化最小,空白樣的硬度變化最大;耐熱助劑為甲基丙烯酸鎂的丁腈橡膠拉伸強(qiáng)度變化率最大,空白樣的最小;耐熱助劑為甲基丙烯酸鋅的丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最小,耐熱助劑為甲基丙烯酸鎂的丁腈橡膠拉斷伸長(zhǎng)率變化率最大;加入甲基丙烯酸鋅的丁腈橡膠質(zhì)量變化率最大,空白樣的最小,但三者的差別不是很大;耐熱助劑為甲基丙烯酸鋅的丁腈橡膠耐油系數(shù)最接近1。綜合分析可知,2種耐熱助劑均能提高丁腈橡膠的耐熱柴油性能。3不同種類助劑對(duì)nbr耐熱柴油性能的影響(1)過氧化物硫化體系的丁腈橡膠耐熱柴油性能相對(duì)較好。(2)丙烯腈含量