耐乙醇汽油橡膠材料溶脹性能的研究*

高 茜，李琳娜，于 雪

（咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，陜西咸陽(yáng)712000）

乙醇汽油是一種性能良好的環(huán)境友好型燃料，能夠顯著減少汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)排放的主要污染物一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC) 和氮氧化物(NOx)[1]。目前，我國(guó)已有多個(gè)省份開(kāi)始使用乙醇汽油燃料，車用乙醇汽油（E10）主要是在常規(guī)汽油燃料的基礎(chǔ)上增添10% 左右體積分?jǐn)?shù)的變性燃料乙醇，以此有效提升汽油抗爆性指數(shù)，從而降低對(duì)辛烷值產(chǎn)生的影響[2]。

在推廣車用乙醇汽油過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，汽車燃油壓力調(diào)節(jié)器的橡膠膜片、燃油膠管等橡膠制品在乙醇汽油中浸泡體積變化較大，導(dǎo)致材料性能下降，產(chǎn)品使用壽命縮短[3-4]，限制了車用乙醇汽油大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

為提高橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能，具備較好的力學(xué)性能和較低的壓縮永久變形。本文主要從原膠、炭黑、增塑劑及硫化體系的類型對(duì)膠料在乙醇汽油中的溶脹性能的影響進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠NBR1051（鎮(zhèn)江南帝化工有限公司）、橡塑合金NV3375（上海集拓橡塑制品有限公司）、橡塑合金NV7050（衡水賽可德）、氧化鋅、硬脂酸、炭黑、防老劑、增塑劑、工藝助劑等，均為橡膠工業(yè)市售品。

1.2 主要儀器與設(shè)備

開(kāi)煉機(jī)（XK-160A），上海橡膠機(jī)械廠；密煉機(jī)（XN-160），大連橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)（QLB-D），江蘇海門縣輕工機(jī)械廠；老化箱（401A），上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；電子拉力機(jī)（PT-1176P），臺(tái)灣寶大國(guó)際儀器有限公司；硫化儀（MDR-2000E），無(wú)錫蠡園電子化工設(shè)備廠；門尼粘度儀（UM-2050），臺(tái)灣優(yōu)肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 原膠種類對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

由于乙醇汽油較普通汽油引入了極性的羥基（-OH），降低了橡膠材料的耐溶脹性。丁腈橡膠因含有強(qiáng)極性的氰基（- CN），賦予了NBR優(yōu)異的耐油能力[5]。選取丙烯腈含量較高的丁腈橡膠NBR1051、丁腈橡膠和PVC共混制備的橡塑合金NV3375 及橡塑合金NV7050 三種原膠，研究其在乙醇汽油E10 中溶脹性能的變化，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原膠種類對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 1 Effect of rubber types on swelling resistance to ethanol gasoline

由表1 可以看出，以橡塑合金NV7050 為原膠的橡膠材料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時(shí)對(duì)橡膠材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果表明，橡塑合金NV7050 溶脹后的硬度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度變化率均低于NBR1051 和NV3375，呈現(xiàn)了較好的力學(xué)穩(wěn)定性，因此選擇橡塑合金NV7050 為原膠的橡膠材料研究其在乙醇汽油E10 的溶脹性能。

2.2 炭黑種類對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

炭黑粒子的結(jié)構(gòu)、粒徑會(huì)影響橡膠材料在乙醇汽油中的溶脹性能，本文選用了不同種類的炭黑，研究其對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表2 。

表2 炭黑種類對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 2 Effect of carbon black on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表2 可以看出，隨著炭黑粒徑的減小，結(jié)構(gòu)度增高，膠料在乙醇汽油中的扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度隨之增加，永久變形降低。分析原因認(rèn)為，炭黑粒徑越小，結(jié)構(gòu)度越高，硫化膠的交聯(lián)密度隨之增加，從而增強(qiáng)了膠料抗油滲透和膨脹的能力。但在膠料加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，高結(jié)構(gòu)度的炭黑會(huì)降低膠料的流動(dòng)性。為改善膠料加工性能，將高結(jié)構(gòu)度炭黑與低結(jié)構(gòu)炭黑進(jìn)行配比，在保證膠料耐油性的前提前，以期獲得優(yōu)異的物理機(jī)械性能和加工性。研究表明，加入N550 與N774 炭黑各40 份的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率較小，且膠料的硬度變化最小，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

2.3 增塑劑類型對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

增塑劑的加入能夠降低橡膠分子間的作用力，從而降低橡膠的玻璃化溫度，提高橡膠的可塑性、流動(dòng)性，便于對(duì)膠料進(jìn)行壓延、壓出[6]。選取增塑劑DOP、TOTM 及TP-95，研究其對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 增塑劑對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 3 Effect of plasticizer on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表3 可以看出，加入增塑劑TP-95 的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時(shí)膠料的硬度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度變化率較小。分析原因認(rèn)為，增塑劑TP-95 中含有較多極性基團(tuán)，更能夠阻止乙醇汽油中的醇基向橡膠分子內(nèi)部遷移，從而提高了膠料的耐溶脹性能，因此選擇TP-95 作為適合的增塑劑。

2.4 硫化體系對(duì)橡膠材料抗乙醇汽油溶脹性能的影響

選取硫磺、復(fù)合及過(guò)氧化物硫化體系，研究其對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 硫化體系對(duì)橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 4 Effect of vulcanization system on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表4 可以看出，加入過(guò)氧化物硫化體系的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時(shí)膠料的硬度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度變化率較小，永久變形最小，耐乙醇汽油溶脹性能最好。分析原因認(rèn)為，過(guò)氧化物交聯(lián)產(chǎn)生交聯(lián)鍵（-C-O-C-）的鍵能最大，橡膠分子間距最小，能夠有效阻止橡膠內(nèi)外小分子物質(zhì)的遷移，在乙醇汽油中起到較好的抗溶脹作用。

3 結(jié)論

（1）因橡塑合金NV7050 在乙醇汽油中溶脹后的硬度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度變化率較低，選擇橡塑合金NV7050 作為耐乙醇汽油適合的原膠。

（2）加入N550 與N774 炭黑各40 份的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率較小，且膠料的硬度變化最小，表現(xiàn)出較好的力學(xué)穩(wěn)定性。

（3）因增塑劑TP-95 中含有較多極性基團(tuán)，能夠阻止乙醇汽油中的醇基向橡膠分子內(nèi)部遷移，提高膠料的耐溶脹性能。

（4）加入過(guò)氧化物硫化體系的膠料在乙醇汽油E10中體積及質(zhì)量變化率最小，同時(shí)膠料的硬度、扯斷伸長(zhǎng)率及扯斷強(qiáng)度變化率較小，永久變形最小，耐乙醇汽油溶脹性能最好。