低丙烯腈含量對丁腈橡膠低溫耐寒性的影響

低丙烯腈含量對丁腈橡膠低溫耐寒性的影響

丁腈橡膠具有良好的耐油性?，F(xiàn)在，它被用作一種通用的耐油橡膠，用于車輛的動機(jī)生產(chǎn)中的線圈、y型圈、線圈和橡膠墊。此類密封制品是整個制動機(jī)的關(guān)鍵部件,其性能的好壞直接影響行車安全。在這些耐油橡膠制品的使用過程中,由于工作環(huán)境的需要,除了要求具有優(yōu)良的耐油性外,還要求具有非常好的低溫耐塞性能,而丁腈橡膠的耐寒性不足,從而影響了耐油制品的使用壽命。鑒于此,本工作優(yōu)化設(shè)計了以丁腈橡膠為主體材料的試驗配方,使其低溫耐寒性有了很大的提高。1實驗1.1合成橡膠公司NBR,牌號N1845,德國拜耳公司產(chǎn)品;N1965,臺灣合成橡膠公司產(chǎn)品;JSR250S,日本合成橡膠公司產(chǎn)品;BR,牌號9000,上海高橋石油化工公司產(chǎn)品;其他均為工業(yè)級市售產(chǎn)品。1.2硫化劑+促進(jìn)劑4,5,37.5生膠100,氧化鋅7,硬脂酸1.5,4010NA1.5,MB1.5,硫化劑+促進(jìn)劑5,炭黑55,軟化劑35,其他助劑4;合計210.5。1.3主要設(shè)備和試驗設(shè)備X(S)K-160開煉機(jī),上海橡膠機(jī)械一廠產(chǎn)品;Y33-50A型平板硫化機(jī),江西萍鄉(xiāng)無線電專用設(shè)備廠產(chǎn)品;XY-1型橡膠硬度計,SJCW-4橡膠低溫脆性試驗機(jī),DXLL-10000電子拉力試驗機(jī),上?；C(jī)械四廠產(chǎn)品;XDY型橡膠壓縮耐寒試驗機(jī),天津市材料試驗機(jī)廠產(chǎn)品。1.4測試測試所有測試均按現(xiàn)行相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或橡膠行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。2結(jié)果與討論2.1分子極性好在丁腈橡膠中,丙烯腈含量的高低對硫化膠料的各項性能有較大的影響,丁二烯鏈段分子極性小,柔順性好,提供耐寒性;丙烯腈鏈段分子極性大,柔順性差,提供耐油性。實踐證明,低丙烯腈含量(18%~20%)的NBR能在滿足耐油性的前提下,具有優(yōu)良的耐寒性,故選其作為主體材料進(jìn)行研究和試驗。2.1.1不同熱壓的nbrNBR是一種通用的合成橡膠,因品種的不同,生膠的分子結(jié)構(gòu)和其他性能有所差別,對低溫耐寒性也有比較大的影響。本工作考察了3種不同牌號的低丙烯腈含量的NBR,并進(jìn)行了對比試驗,其性能見表1。由結(jié)果可知,這3種NBR的耐油性能相差不大,但JSR250S的低溫脆性和壓縮耐寒性能均優(yōu)于N1845和N1965。分析原因,可能是由于JSR250S的丙烯腈含量分布范圍比其他兩種NBR要寬一些,從而使整個分子鏈具有更好的柔順性。故選用丁腈橡膠JSR250S做為主體材料。2.1.2nbr/br聯(lián)用協(xié)同膠料的性能根據(jù)相關(guān)資料介紹,NBR與BR并用可以提高膠料的低溫耐寒性能。并用BR,相當(dāng)于降低了膠料的丙烯腈含量,同時也降低了整個分子鏈的極性,從而達(dá)到提高耐寒性的目的。對NBR/BR并用與NBR單用所得膠料的性能進(jìn)行了比較,結(jié)果見表2。由表2可以看出,NBR并用了一定量BR后,對膠料耐油性影響不大,但低溫耐寒性能有所提高,因此,選用NBR/BR并用作為生膠體系。對并用配比量作了進(jìn)一步的試驗考察,結(jié)果見表3。從表中可以看出,隨著BR配比量的增加,膠料的伸長率和低溫耐寒性能越來越好,但拉伸強度和耐油性逐漸降低。當(dāng)兩者并用達(dá)到80/20時候,耐寒性提高較小,而耐油性和強度均有較大幅度的下降。綜合比較,最終選用配比為85/15的生膠作為主體材料。2.2不同硫化體系對膠料性能的影響硫化配合劑的選擇對膠料的性能有著重要的影響。NBR常用硫化體系有硫黃硫化體系、含硫化合物硫化體系、過氧化物硫化體系以及復(fù)合硫化體系,本工作考察了這4種硫化體系對膠料性能的影響,結(jié)果見表4。結(jié)果表明,利用硫黃硫化體系,其強度和伸長率性能比較好,但壓縮耐寒系數(shù)很低;用含硫化合物進(jìn)行硫化,所得膠料的強度又偏低,耐油性較差;用過氧化物硫化,拉伸強度差于硫黃硫化體系,但壓縮耐寒系數(shù)較高;選用復(fù)合硫化體系,除了伸長率稍低于過氧化物硫化體系以外,其他各項性能均較優(yōu)。綜合考慮,利用復(fù)合硫化體系進(jìn)行硫化所得膠料的物理機(jī)械性能最佳。2.3不同炭黑品種對膠料物理性能的影響丁腈橡膠屬于一種非結(jié)晶性、無定型的聚合物,本身的拉伸強度比較低,耐寒性能好的低丙烯腈含量的NBR拉伸強度則更低,因此膠料必須進(jìn)行補強,才具有實用價值,炭黑是丁腈橡膠的主要補強劑。工業(yè)應(yīng)用的炭黑品種很多,不同品種的炭黑具有不同的結(jié)構(gòu)度和粒徑,從而具有不同的補強效果,對膠料的物理機(jī)械性能有著重要的影響。本工作對5種不同品種的通用型炭黑進(jìn)行了試驗比較,結(jié)果見表5。從表中可以看出,各種類的炭黑均有各自的優(yōu)缺點,其中快壓出、混氣、噴霧3種炭黑的耐寒性能均比較好,但混氣炭黑的補強性能較差。對此3種炭黑進(jìn)行并用考察,發(fā)現(xiàn)快壓出炭黑和混氣炭黑按照40/20并用所得膠料性能最佳,其性能為:拉伸強度13.0MPa,伸長率485%,壓縮永久變形28%,低溫脆性<-61℃,壓縮耐寒系數(shù)-40℃下為0.55,-50℃下為0.42。2.4耐寒性丁腈橡膠的制備軟化劑的加入能夠增大橡膠分子之間的距離,減少分子之間的作用力,并產(chǎn)生潤滑作用,使分子鏈之間容易滑動,同時也增加了橡膠大分子的柔順性。軟化劑是影響硫化膠耐寒性能最重要的配合劑之一,它的配合能夠大大的提高硫化膠的耐寒性,同時也能改善膠料的流動性和加工性。據(jù)資料介紹,耐寒性丁腈橡膠配方中常用的軟化劑有鄰苯二甲酸二丁酯(DBP),鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),癸二酸二辛酯(DOS),己二酸二辛酯(DOA)以及液體丁腈等,或者將它們并用。本工作對此進(jìn)行了考察,比較結(jié)果見表6。由結(jié)果可知,軟化劑的種類和用量對膠料的低溫耐寒性能有很大影響,兩種不同的軟化劑并用能產(chǎn)生協(xié)同作用,通過對以上軟化劑的試驗考察,可以看出,加入液體丁腈后所得膠料硬度偏高,而且伸長率較低;DBP,DOA和DOS3種軟化劑均具有較低的脆性溫度和較高的壓縮耐寒系數(shù),經(jīng)綜合考慮,選用DOA/DOS并用,所得膠料的耐寒性能最佳。2.5硫化劑的制備通過對主體材料、硫化體系、補強體系和軟化體系的系統(tǒng)考察,確定了在低溫下具有優(yōu)良耐寒性的配方為:NBR85,BR15,氧化鋅7,硬酯酸1.5,4010NA1.5,MB1.5;快壓出炭黑40,混氣炭黑20,DOA/DOS40,復(fù)合硫化劑4,促進(jìn)劑2.5,其他助劑4;合計220。用該配方進(jìn)行試驗,所得膠料各項性能見表7,達(dá)到了機(jī)車車輛制動機(jī)用耐油制品的性能要求。3耐油性能測定通過對各個配合體系的研究和試驗考察,確