張?jiān)獎(jiǎng)?，孫 何，曲文月，劉中華，宋 偉

（青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266061）

丁腈橡膠（NBR）由丁二烯-丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得，具有優(yōu)異的耐油性能和耐磨性能以及良好的氣密性，但臭氧環(huán)境下NBR會(huì)加速老化，因而在多種場合下的應(yīng)用受到限制[1-6]。NBR的極性較強(qiáng)，為了彌補(bǔ)缺陷常采用非極性橡膠與之共混，但混煉效果較差[7]。氯丁橡膠（CR）是極性橡膠，由氯丁二烯（2-氯-1，3-丁二烯）為主要原料進(jìn)行α-聚合而成[8-11]，具有良好的耐臭氧性能和絕緣性能。將NBR與CR并用，既能彌補(bǔ)NBR的缺陷，又能擴(kuò)大兩種膠的應(yīng)用范圍[12-14]。

本工作選用具有良好耐油性能和優(yōu)良加工性能的NBR與穩(wěn)定劑為秋蘭姆、具有儲(chǔ)存時(shí)間較長、穩(wěn)定性好、耐焦燒性能良好特點(diǎn)的硫醇調(diào)節(jié)型CR，研究NBR/CR并用比、硫化體系和補(bǔ)強(qiáng)體系對(duì)NBR/CR并用膠物理性能的影響，進(jìn)而確定最優(yōu)配方。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NBR，牌號(hào)4155，上海巖中實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；CR，牌號(hào)232，重慶長壽捷圓化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑，德國德固賽公司產(chǎn)品；環(huán)保型間苯二酚甲醛樹脂SL-3020，華奇化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N550，卡博特化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

BL-6157型兩輥開煉機(jī)，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司產(chǎn)品；XSM-500型橡塑試驗(yàn)密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；QLB-400×400×2型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品；M-2000-AN型無轉(zhuǎn)子硫化儀，中國臺(tái)灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；UM-2050型門尼粘度計(jì)和TS2005b型拉力試驗(yàn)機(jī)，中國臺(tái)灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

將NBR和CR加入密煉機(jī)中進(jìn)行塑煉，初始溫度為60 ℃，轉(zhuǎn)速為65 r·min-1，待塑煉膠冷卻至室溫時(shí)，加入小料混煉50 s，提壓砣，加入炭黑混煉50 s，依次加入白炭黑和環(huán)保型芳烴油V700混煉50 s，間隔50 s混煉兩次，提壓砣10 s，待膠料溫度為110℃左右，30 s后排膠。將混煉膠置于開煉機(jī)上過輥冷卻，出現(xiàn)堆積膠后加入硫化體系，左右割刀6次，調(diào)整輥距打三角包及圓包6次，薄通，下片。

1.4 性能測試

門尼粘度按照GB/T 1232.1—2000進(jìn)行測試，拉伸性能按照GB/T 528—2009進(jìn)行測試，邵爾A型硬度按照GB/T 531—2009進(jìn)行測試，耐臭氧老化性能按照GB/T 13642—1992進(jìn)行測試，恒溫恒濕試驗(yàn)箱參數(shù)設(shè)定按照J(rèn)JF 060—2010進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 NBR/CR并用比

試驗(yàn)配方：NBR/CR 100，炭黑N550 50，白炭黑 30，硬脂酸 1，氧化鎂 4，SL-3020 2，環(huán)保型芳烴油V700 6，防老劑4020 2，防老劑RD 2，癸酸鈷 2，氧化鋅 8，硫黃 6，促進(jìn)劑DM 1，粘合劑RA-65 1。1#—6#配方的NBR/CR并用比分別為100/0，90/10，80/20，75/25，70/30和65/35。

不同并用比NBR/CR并用膠的物理性能如表1所示。

從表1可以看出：隨著CR用量增大，膠料的門尼粘度增大，這是因?yàn)镃R的相對(duì)分子質(zhì)量較NBR大，隨著CR用量增大兩種橡膠的相容性變差，導(dǎo)致體系門尼粘度增大；并用膠的邵爾A型硬度變化不大；拉伸強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)CR用量為30份時(shí)，拉伸強(qiáng)度最大，這是因?yàn)楫?dāng)CR用量為30份時(shí)，t10最長，保證了膠料的加工安全性，當(dāng)CR用量達(dá)到35份時(shí)，t10最短，膠料易發(fā)生焦燒現(xiàn)象；體積電阻率先增大后減小，當(dāng)CR用量為30份時(shí)，體積電阻率最大，這是因?yàn)镃R用量較小時(shí)，兩種橡膠的混合程度較好，CR的體積電阻率較NBR大，因此體積電阻率隨著CR用量增大而增大，當(dāng)CR用量超過30份后，膠料混煉困難，兩種橡膠的相容性變差，導(dǎo)致體積電阻率減小。

表1 不同并用比NBR/CR并用膠的物理性能

從表1還可以看出：老化后，NBR/CR并用比為70/30的并用膠物理性能較好，這是因?yàn)镃R的耐老化性能較好，在最優(yōu)NBR/CR并用比下能提高并用膠的耐老化性能；隨著CR用量增大，并用膠的耐油性能先提高后降低，當(dāng)NBR/CR并用比為70/30時(shí)，并用膠的耐油性能最佳。

2.2 硫化體系

不同硫化體系NBR/CR并用膠配方見表2。

表2 不同硫化體系NBR/CR并用膠配方 份

硫化體系對(duì)NBR/CR并用膠拉伸強(qiáng)度和體積電阻率的影響如表3所示。

從表3可以看出：當(dāng)氧化鋅、氧化鎂、硫黃和促進(jìn)劑DM用量分別為6，6，4和0.6份時(shí)，老化前、熱老化后和油腐蝕后并用膠的拉伸強(qiáng)度相對(duì)較大，分析認(rèn)為，當(dāng)氧化鋅用量較小時(shí)，膠料在硫化過程中會(huì)出現(xiàn)欠硫現(xiàn)象，導(dǎo)致硫化膠拉伸強(qiáng)度減小，而當(dāng)氧化鋅用量較大時(shí)，膠料極易發(fā)生過硫現(xiàn)象，過硫使交聯(lián)鍵斷裂，從而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度減??；與老化前相比，老化后并用膠的體積電阻率增大，這是因?yàn)樵跓崂匣瘲l件下，膠料體積發(fā)生膨脹，分子間距增大，導(dǎo)致體積電阻率增大。

表3 硫化體系對(duì)NBR/CR并用膠拉伸強(qiáng)度和體積電阻率的影響

從表3還可以看出，并用膠的體積電阻率均為同一數(shù)量級(jí)，綜合考慮并用膠拉伸強(qiáng)度，選取17#配方為基礎(chǔ)配方研究炭黑N550用量對(duì)NBR/CR并用膠物理性能的影響，N550用量分別為30，40，50和60份。

2.3 補(bǔ)強(qiáng)體系

2.3.1 硬度

炭黑N550用量對(duì)NBR/CR并用膠硬度的影響如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著炭黑N550用量增大，并用膠的邵爾A型硬度增大。擬合后可知，每增大1份炭黑N550用量，并用膠的邵爾A型硬度增大0.44度，在保證其他物理性能的前提下，可通過改變炭黑N550用量調(diào)整并用膠的硬度。

圖1 炭黑N550用量對(duì)NBR/CR并用膠硬度的影響

2.3.2 拉伸強(qiáng)度和體積電阻率

炭黑N550用量對(duì)NBR/CR并用膠的拉伸強(qiáng)度和體積電阻率的影響如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著炭黑N550用量增大，并用膠的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，這是因?yàn)楫?dāng)炭黑N550用量較小時(shí)，體系中扯斷嵌固端較少，拉伸強(qiáng)度隨著炭黑N550用量增大而增大，當(dāng)炭黑N550用量超過50份后，填料的分散性變差，拉伸強(qiáng)度減?。浑S著炭黑N550用量增大，體積電阻率減小，當(dāng)炭黑N550用量超過50份后，并用膠的體積電阻率顯著減小，這是因?yàn)楫?dāng)炭黑N550用量小于50份時(shí)，炭黑未達(dá)到最佳分散效果的用量，引起體積電阻率小幅下降，而當(dāng)炭黑N550用量超過50份后，一方面填料的分散性變差，另一方面炭黑N550用量較大影響了硫化過程中交聯(lián)鍵的產(chǎn)生，交聯(lián)鍵較少，炭黑N550粒子在膠料中的運(yùn)動(dòng)阻力減小，導(dǎo)致體積電阻率急劇下降。

圖2 炭黑N550用量對(duì)NBR/CR并用膠的拉伸強(qiáng)度和體積電阻率的影響

3 結(jié)論

當(dāng)NBR/CR并用比為70/30，硫化體系中氧化鋅、氧化鎂、硫黃和促進(jìn)劑DM用量分別為6，6，4和0.6份，炭黑N550用量為50份時(shí)，并用膠的物理性能最佳。