丁腈橡膠/氯丁橡膠并用膠性能的研究

張元剛，孫 何，曲文月，劉中華，宋 偉

（青島科技大學 機電工程學院，山東 青島 266061）

丁腈橡膠（NBR）由丁二烯-丙烯腈經乳液聚合法制得，具有優異的耐油性能和耐磨性能以及良好的氣密性，但臭氧環境下NBR會加速老化，因而在多種場合下的應用受到限制[1-6]。NBR的極性較強，為了彌補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NBR的缺陷，又能擴大兩種膠的應用范圍[12-14]。

本工作選用具有良好耐油性能和優良加工性能的NBR與穩定劑為秋蘭姆、具有儲存時間較長、穩定性好、耐焦燒性能良好特點的硫醇調節型CR，研究NBR/CR并用比、硫化體系和補強體系對NBR/CR并用膠物理性能的影響，進而確定最優配方。

1 實驗

1.1 主要原材料

NBR，牌號4155，上海巖中實業有限公司產品；CR，牌號232，重慶長壽捷圓化工有限公司產品；白炭黑，德國德固賽公司產品；環保型間苯二酚甲醛樹脂SL-3020，華奇化工有限公司產品；炭黑N550，卡博特化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

BL-6157型兩輥開煉機，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司產品；XSM-500型橡塑試驗密煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品；QLB-400×400×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠有限公司產品；M-2000-AN型無轉子硫化儀，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；UM-2050型門尼粘度計和TS2005b型拉力試驗機，中國臺灣優肯科技股份有限公司產品。

1.3 試樣制備

將NBR和CR加入密煉機中進行塑煉，初始溫度為60 ℃，轉速為65 r·min-1，待塑煉膠冷卻至室溫時，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上過輥冷卻，出現堆積膠后加入硫化體系，左右割刀6次，調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進行測試，拉伸性能按照GB/T 528—2009進行測試，邵爾A型硬度按照GB/T 531—2009進行測試，耐臭氧老化性能按照GB/T 13642—1992進行測試，恒溫恒濕試驗箱參數設定按照JJF 060—2010進行。

2 結果與討論

2.1 NBR/CR并用比

試驗配方：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，這是因為CR的相對分子質量較NBR大，隨著CR用量增大兩種橡膠的相容性變差，導致體系門尼粘度增大；并用膠的邵爾A型硬度變化不大；拉伸強度先增大后減小，當CR用量為30份時，拉伸強度最大，這是因為當CR用量為30份時，t10最長，保證了膠料的加工安全性，當CR用量達到35份時，t10最短，膠料易發生焦燒現象；體積電阻率先增大后減小，當CR用量為30份時，體積電阻率最大，這是因為CR用量較小時，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，這是因為CR的耐老化性能較好，在最優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NBR/CR并用比為70/30時，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NBR/CR并用膠拉伸強度和體積電阻率的影響如表3所示。

從表3可以看出：當氧化鋅、氧化鎂、硫黃和促進劑DM用量分別為6，6，4和0.6份時，老化前、熱老化后和油腐蝕后并用膠的拉伸強度相對較大，分析認為，當氧化鋅用量較小時，膠料在硫化過程中會出現欠硫現象，導致硫化膠拉伸強度減小，而當氧化鋅用量較大時，膠料極易發生過硫現象，過硫使交聯鍵斷裂，從而導致拉伸強度減小；與老化前相比，老化后并用膠的體積電阻率增大，這是因為在熱老化條件下，膠料體積發生膨脹，分子間距增大，導致體積電阻率增大。

表3 硫化體系對NBR/CR并用膠拉伸強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量級，綜合考慮并用膠拉伸強度，選取17#配方為基礎配方研究炭黑N550用量對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 補強體系

2.3.1 硬度

炭黑N550用量對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用量調整并用膠的硬度。

圖1 炭黑N550用量對NBR/CR并用膠硬度的影響

2.3.2 拉伸強度和體積電阻率

炭黑N550用量對NBR/CR并用膠的拉伸強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，并用膠的拉伸強度先增大后減小，這是因為當炭黑N550用量較小時，體系中扯斷嵌固端較少，拉伸強度隨著炭黑N550用量增大而增大，當炭黑N550用量超過50份后，填料的分散性變差，拉伸強度減小；隨著炭黑N550用量增大，體積電阻率減小，當炭黑N550用量超過50份后，并用膠的體積電阻率顯著減小，這是因為當炭黑N550用量小于50份時，炭黑未達到最佳分散效果的用量，引起體積電阻率小幅下降，而當炭黑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鍵的產生，交聯鍵較少，炭黑N550粒子在膠料中的運動阻力減小，導致體積電阻率急劇下降。

圖2 炭黑N550用量對NBR/CR并用膠的拉伸強度和體積電阻率的影響

3 結論

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