孫 赫,鄶 羽,牟 洋,張會(huì)軒

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)合成樹(shù)脂與特種纖維工程研究中心,吉林長(zhǎng)春130012)

耐油性PA6/NBR共混物的制備與性能研究

孫 赫,鄶 羽,牟 洋,張會(huì)軒＊

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)合成樹(shù)脂與特種纖維工程研究中心,吉林長(zhǎng)春130012)

采用不同種類(lèi)的丁腈橡膠(NBR)與聚酰胺6(PA 6)熔融共混制備了聚酰胺6/丁腈橡膠混合物(PA 6/NBR),考察了共混過(guò)程中扭矩值的變化,并研究了不同腈基含量共混物的拉伸性能及耐溶劑性能。結(jié)果表明,隨著NBR含量的增加,共混物的熔體黏度、體積溶脹率與質(zhì)量溶脹率均顯著提高,但拉伸強(qiáng)度下降。紅外光譜分析表明,NBR與PA 6在高溫高剪切作用下存在微化學(xué)反應(yīng);并隨著腈基含量的增加,PA 6/NBR共混物的平衡扭矩增大,拉伸強(qiáng)度明顯提高,耐溶劑性下降。

聚酰胺6;丁腈橡膠;共混物;耐溶劑性能;拉伸強(qiáng)度

0 前言

NBR是丁二烯和丙烯腈的共聚物,以其優(yōu)良的耐油、耐腐蝕介質(zhì)性能被廣泛應(yīng)用于油管、油箱、油封等耐油橡膠工業(yè)制品的生產(chǎn)中。隨著丙烯腈含量的增加,NBR的耐油性、耐熱性、耐磨性、耐氣體滲透性、硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度等提高,耐寒性、彈性、抗壓縮永久變形性能變差。因此如何提高NBR制品的耐油性和力學(xué)性能、延長(zhǎng)橡膠制品的使用壽命就成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)NBR的配合體系、流變性能、結(jié)構(gòu)形態(tài)等進(jìn)行了大量的研究[2-10]。本文采用不同腈基含量的 NBR與 PA 6共混,考察了NBR含量及腈基含量對(duì)PA 6/NBR共混物力學(xué)性能及耐溶劑性能的影響,在此基礎(chǔ)上探討了兩相間微化學(xué)反應(yīng)對(duì)共混物性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

NBR1,2907,腈基含量為29%,蘭化合成膠廠;

NBR2,N220S,腈基含量為41%,日本JSR公司;

PA 6,黑龍江尼龍廠。

1.2 主要設(shè)備及儀器

Haake轉(zhuǎn)矩流變儀,德國(guó) Thermo Electron公司;

平板硫化機(jī),XLB,青島第三橡膠機(jī)械廠;

傅里葉變換紅外光譜儀,AVA TAR-360,美國(guó)Nicolet儀器公司;

萬(wàn)能拉力機(jī),INSTRON 3365,日本儀器公司。

1.3 試樣制備

首先將PA 6于真空烘箱85℃下干燥24 h,然后采用 Haake轉(zhuǎn)矩流變儀將 PA 6與NBR共混,其中NBR含量分別為 10%、20%、30%、40%,混煉時(shí)間為5 min,混煉溫度為230℃,將制得的PA 6/NBR共混物切成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸樣條。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

按 GB/T 1690—1992進(jìn)行耐溶劑性能測(cè)試,將甲苯與93#汽油混合(體積比為30/70)作為溶劑,測(cè)定試樣在室溫條件下浸于混合溶劑48 h后的體積變化率;

采用紅外光譜儀測(cè)試PA 6/NBR共混物的紅外譜圖,KBr壓片法;

按ASTM D638進(jìn)行拉伸強(qiáng)度測(cè)試,拉伸速度為10 mm/min,測(cè)試溫度為23℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 PA6/NBR熔融共混過(guò)程中扭矩值的變化

從圖1可以看出,共混物的熔體黏度隨NBR含量的增加而升高,到達(dá)共混平衡時(shí)的黏度較高,因此平衡扭矩值表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。從圖2可以看出,隨著NBR含量的上升,含有較高腈基含量的NBR2與PA 6共混物的平衡扭矩值逐步升高。

圖1 PA 6/NBR共混物熔融共混過(guò)程中的扭矩值變化Fig.1 Torque of PA 6/NBR blends as a function of mixing time

圖2 PA 6/NBR1與PA 6/NBR2熔融共混過(guò)程中扭矩值的比較Fig.2 Comparison of torque of PA 6/NBR1 with that of PA 6/NBR2 blends

2.2 PA6/NBR共混物的紅外分析

從圖3可以看出,NBR1和NBR2均在2238 cm-1處出現(xiàn)了吸收峰,這是C≡N的伸縮振動(dòng)峰;NBR1在1635 cm-1處的吸收峰為的伸縮振動(dòng)峰,NBR2的的伸縮振動(dòng)峰由于強(qiáng)極性的C≡N數(shù)量的增加而向低頻方向移動(dòng),吸收峰位置出現(xiàn)在1629 cm-1。796 cm-1的吸收峰對(duì)應(yīng)于的搖擺振動(dòng)。

從圖3還可以看出,PA 6在1639 cm-1處的吸收峰為伸縮振動(dòng)峰(常稱為酰胺Ⅰ譜帶),1558 cm-1處吸收峰為N—H的彎曲振動(dòng)與C—N的伸縮振動(dòng)疊加吸收峰(常稱為酰胺Ⅱ譜帶)。PA 6/NBR1共混物中酰胺Ⅱ譜帶相對(duì)酰胺Ⅰ譜帶強(qiáng)度減弱,推測(cè)N—H含量降低,酰胺Ⅱ譜帶峰向高頻偏移,即從1558 cm-1移向1569 cm-1,可歸為N上連接的基團(tuán)質(zhì)量增大所致。PA6/NBR1共混物中還存在C≡N伸縮振動(dòng)峰,說(shuō)明C≡N基團(tuán)未參加微化學(xué)反應(yīng)。PA6/NBR1和 PA6/NBR2 中796、779 cm-1處的的搖擺振動(dòng)吸收峰明顯減弱,這是因?yàn)镹BR與PA6在高溫動(dòng)態(tài)硫化過(guò)程中,因參與微化學(xué)反應(yīng)而使其含量降低所造成的。

圖3 PA 6、NBR和PA 6/NBR共混物的紅外譜圖Fig.3 FTIR spectra for PA 6,NBR and PA 6/NBR blends

2.3 PA6/NBR共混物的拉伸強(qiáng)度

從圖4可以看出,隨著NBR橡膠含量的上升,共混物的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。在NBR含量相同的條件下,高腈基含量的NBR2與PA 6共混物的拉伸強(qiáng)度較高,這是由于NBR2含量的上升,破壞了基體樹(shù)脂的連續(xù)性,因此拉伸強(qiáng)度逐步下降。同時(shí)由于高腈基含量的NBR2與PA 6共混過(guò)程中,兩相間可能發(fā)生微化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致NBR2與 PA 6基體樹(shù)脂間相互作用加強(qiáng),因此相同橡膠含量條件下,PA 6/NBR2共混物的拉伸強(qiáng)度較高。

圖4 PA 6/NBR共混物的拉伸強(qiáng)度Fig.4 Tensile strength of PA 6/NBR blends

2.4 PA6/NBR共混物的耐溶劑性能

將PA 6/NBR共混物在室溫條件下浸于混合溶劑48 h,達(dá)到溶脹平衡后,其體積溶脹率與質(zhì)量溶脹率如圖5和圖6所示。從圖5和圖6可以看出,共混物的體積溶脹率與質(zhì)量溶脹率均隨著NBR含量的上升呈上升趨勢(shì)。當(dāng)NBR含量低于20%時(shí),共混物的體積溶脹率與質(zhì)量溶脹率主要受橡膠相溶脹的作用,所以PA 6/NBR1共混物溶脹率較大。當(dāng) NBR含量超過(guò)20%時(shí),共混物的溶脹不僅受NBR影響,同時(shí)由于高腈基含量的NBR 2與PA 6的微化學(xué)反應(yīng)可能降低PA 6的結(jié)晶,使 PA 6的耐溶劑性能下降,在溶劑作用下產(chǎn)生較大的溶脹,因此PA 6/NBR2共混物的溶脹較大。

圖5 PA 6/NBR共混物的體積溶脹率Fig.5 Volume swelling ratio of PA 6/NBR blends

圖6 PA 6/NBR共混物的質(zhì)量溶脹率Fig.6 Quality swelling ratio of PA 6/NBR blends

3 結(jié)論

(1)PA 6/NBR共混物的熔體黏度與平衡轉(zhuǎn)矩值隨著NBR含量的增加而上升;在NBR含量相同的條件下,腈基含量的增加使得共混物的平衡轉(zhuǎn)矩值升高;

(2)PA 6/NBR共混物的拉伸強(qiáng)度隨著NBR橡膠含量的上升呈下降趨勢(shì);在NBR含量相同的條件下,拉伸強(qiáng)度隨著腈基含量的增加而上升;

(3)紅外分析表明,NBR與 PA 6在高溫高剪切作用下存在微化學(xué)反應(yīng),即雙鍵與胺基間的反應(yīng);

(4)PA 6/NBR共混物的體積溶脹率與質(zhì)量溶脹率隨著NBR含量的上升均呈上升趨勢(shì)。同時(shí)高腈基含量的NBR2與PA 6的微化學(xué)反應(yīng)可能會(huì)降低共混物的耐溶劑性能。

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Preparation and Properties of Polyamide 6/Nitrile Rubbe Blends with Oil Resistance

SUN He,GU I Yu,MU Yang,ZHANG Huixuan＊
(Engineering Research Center of Synthetic Resin and Special Chemical Fiber,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

Polyamide 6/nitrile-butadiene rubber(PA 6/NBR)blendswere prepared viamelt blending from PA 6 and different types of NBR.The mixing torque,mechanical property,and solvent resistance of the blends were studied.With increasing content of NBR,the melt viscosity and swelling ratio of the blends increased,while tensile strength decreased.Infrared spectra showed that there was chemical reaction between NBR and PA 6 under high temperature and high shear rate.With increasing content of nitrile,the equilibrium torque and tensile strength of PA 6/NBR blends increased,and solvent resistance reduced.

polyamide 6;nitrile-butadiene rubber;blend;solvent resistance;tensile strength

TQ333.7、TQ323.6

B

1001-9278(2011)04-0046-04

2010-12-31

＊聯(lián)系人,app leyupear@yeah.net