淺談新型改良納米級(jí)氧化鋅丁腈橡膠材料

吳沚陽(yáng) 張富超 蔡琳娜

摘要：在通用型橡膠領(lǐng)域，丁腈橡膠材料因?yàn)槠渥陨砭哂袃?yōu)良的耐油性、較低的生產(chǎn)成本而廣泛應(yīng)用于耐油組件中。目前我國(guó)已經(jīng)成功研發(fā)出氫化，粉末型丁腈橡膠材料。應(yīng)該繼續(xù)加快新型改良性丁腈橡膠的研發(fā)與開(kāi)發(fā)速度，擴(kuò)大應(yīng)用橡膠領(lǐng)域。本文首先對(duì)丁腈橡膠材料及應(yīng)用前景進(jìn)行介紹，接著闡明新型改良納米級(jí)氧化鋅丁腈橡膠材料，同時(shí)介紹實(shí)驗(yàn)方式及流程、混煉及配合劑，最后簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并對(duì)研發(fā)意義進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：仿真模擬技術(shù);納米級(jí);丁腈橡膠

丁腈橡膠與其他材料混合改進(jìn)性能材料十分豐富，其中丁腈橡膠混膠材料用處最為普遍，這得益于丁腈橡膠材料使用量巨大，而且該共混類橡膠材料既能應(yīng)用以油管，外層膠等產(chǎn)品中，還能用以到汽車防水類密件、產(chǎn)物模壓組件等領(lǐng)域。同時(shí)隨著我國(guó)通訊行業(yè)的巨大發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)有很多家制作電線電纜公司，每年丁腈橡膠需求量也很巨大。

傳統(tǒng)丁腈橡膠復(fù)合材料，橡膠的耐摩擦，耐磨損，耐用性能很差，更換頻率及其高，我國(guó)制作的傳統(tǒng)型丁腈橡膠材料照比國(guó)外同行業(yè)制作的橡膠使用時(shí)間縮短兩倍，所以要擴(kuò)大日前需求增長(zhǎng)快速的丁腈橡膠制品市場(chǎng)，并且可以大大增加了我國(guó)能源開(kāi)采所消耗的經(jīng)濟(jì)效益。

1.丁腈橡膠材料介紹及應(yīng)用前景

1.1丁腈橡膠材料介紹

丁腈橡膠是由由丁二烯與丙烯腈聚合而成。其具有耐油性好，耐熱、耐燃燒、耐磨、耐堿、耐有機(jī)溶劑，優(yōu)良的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)。主要用途有耐油制品、化工襯里、膠輥、導(dǎo)電橡膠等。該材料成本低廉，原料豐富，綠色環(huán)保且易于大量生產(chǎn)，而改性丁腈橡膠主要應(yīng)用于油管，外層膠等產(chǎn)品中，還能用以到汽車防水類密件以及電線電纜行業(yè)。

1.2丁腈橡膠材料的應(yīng)用前景

我國(guó)是世界第一大橡膠消耗國(guó)，但同時(shí)我國(guó)橡膠資源又十分匱乏，每年 60%以上的橡膠需要進(jìn)口，其中，中國(guó)合成橡膠市場(chǎng)供需保持平穩(wěn)發(fā)展，2017年，中國(guó)合成橡膠產(chǎn)量同比增長(zhǎng)6.0%至578.7萬(wàn)噸，2018年約增長(zhǎng)至612.3萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2019-2025年中國(guó)合成橡膠產(chǎn)量增速保持在6%左右，至2023年有望達(dá)到811.0萬(wàn)噸。

丁腈橡膠（NBR）作為國(guó)內(nèi)特種膠種，被廣泛應(yīng)用于汽車、航天航空、石油開(kāi)采、耐油膠管、耐油密封件、電線電纜、印刷和食品包裝等領(lǐng)域，消耗量約占合成橡膠總量4.9%。丁腈橡膠行業(yè)具有零散用戶多、應(yīng)用行業(yè)廣、使用排號(hào)雜、技術(shù)指標(biāo)高的特點(diǎn)。我國(guó)目前有4家NBA主要生產(chǎn)廠家，年合計(jì)產(chǎn)能45.5萬(wàn)t。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展拉動(dòng)了NBR的需求。從未來(lái)的裝置擴(kuò)能看，隨著通訊業(yè)和軌道交通的快速發(fā)展，使復(fù)合材料電線電纜的消費(fèi)量呈遞長(zhǎng)的趨勢(shì)，除傳統(tǒng)汽車防水類密件、產(chǎn)物模壓組件等領(lǐng)域外，丁腈橡膠復(fù)合材料所制的電線電纜在國(guó)內(nèi)也具有良好的發(fā)展前景。

2.新型改良納米級(jí)氧化鋅丁腈橡膠材料

本材料通過(guò)改變活性劑的種類，可以生產(chǎn)出壽命長(zhǎng)耐磨性強(qiáng)的橡膠材料，滿足油田對(duì)泵的需求量，汽車，航天，生活領(lǐng)域的需要。其生產(chǎn)簡(jiǎn)單，將丁腈橡膠作為原材料，從中加入所需的氧化鋅或者其他改良配合劑制作生產(chǎn)復(fù)合材料。利用生膠采購(gòu)以后進(jìn)行塑煉，生產(chǎn)利用橡塑并用的方法賦予橡膠某些高新性能和功能，改善橡膠的加工工藝，并且大幅降低了生產(chǎn)成本。

在實(shí)驗(yàn)中正常氧化鋅丁腈橡膠膠料的磨損量明顯大于新型改良添加納米級(jí)氧化鋅丁腈橡膠膠料。摩擦系數(shù)均隨磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，油品對(duì)于含納米氧化鋅膠料交聯(lián)網(wǎng)格的破壞程度較小，該膠料顯示出優(yōu)異的抗摩擦功能。

3.實(shí)驗(yàn)方式及流程

3.1實(shí)驗(yàn)方式

控制摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)及其計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)研究新型改良納米級(jí)粒徑氧化鋅丁腈橡膠材料的摩擦，磨損，硬度行為，運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行丁腈橡膠試樣的常規(guī)制備。膠料的磨損磨擦概況操縱電子顯微鏡進(jìn)行察看，而且經(jīng)由過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真虛擬手藝加以論證。

3.2實(shí)驗(yàn)流程

使用機(jī)械對(duì)生膠薄通煉6次左右，將實(shí)驗(yàn)塑煉后成型的橡膠進(jìn)行混煉操作，添加藥劑方法順序?yàn)椋耗改z，硫磺，氧化鋅，防老劑，硬脂酸，炭黑與軟化劑，然后再分別依次加入促進(jìn)劑DM、二硫化四甲基。混煉時(shí)間不超過(guò)25分鐘，完成以上操作后，在全部配合劑混煉均勻的基礎(chǔ)上，進(jìn)行硫化，調(diào)整硫化壓力為12MPa，控制硫化溫度保持在150℃左右，并且通過(guò)操作，進(jìn)行薄通13次下片，最后制作得到復(fù)合型硫化膠。

4.混煉及配合劑

4.1混煉

為提高橡膠產(chǎn)品使用性能，改進(jìn)橡膠工藝性能和降低成本，必須在生膠中加入各種配合劑。混煉就是通過(guò)機(jī)械作用使生膠與各種配合劑均勻混合的過(guò)程。

混煉是橡膠加工過(guò)程中最易影響質(zhì)量的工序之一?；鞜挷涣?，膠料會(huì)出現(xiàn)配合劑分散不均，膠料可塑度過(guò)低或過(guò)高、燋燒、噴霜等現(xiàn)象，使后續(xù)工序難以正常進(jìn)行，并導(dǎo)致成品性能下降。

4.2配合劑

硫化劑：一類使橡膠由線形長(zhǎng)鏈分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀大分子的物質(zhì)，這種轉(zhuǎn)變稱為硫化。多為硫磺、一氯化硫、硒、碲及其氯化物、硝基化物、有機(jī)過(guò)氧化物以及某些金屬氧化物。其中硫磺硫化橡膠最佳溫度120～140 ℃ 。

防老劑：橡膠的分子結(jié)構(gòu)極易受氧及臭氧的氧化作用，光和熱都能促進(jìn)氧化作用，使橡膠分子鏈斷裂，支化或進(jìn)一步交聯(lián)，從而使橡膠發(fā)粘變硬，物理機(jī)械性能變壞，以至失去使用價(jià)值，這種情況叫做老化。能抑制橡膠老化現(xiàn)象的物質(zhì)就叫做防老劑。其中物理防老劑多為石蠟、微晶蠟;化學(xué)防老劑多為酚類與胺類。

填充劑：提高硫化橡膠的強(qiáng)力，撕裂強(qiáng)度，定伸強(qiáng)度，耐磨性等物理機(jī)械性能。多為炭黑、白炭黑、活性陶土、苯乙烯樹(shù)脂、木質(zhì)素等。

5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

首先進(jìn)行潤(rùn)滑油品狀態(tài)下丁腈橡膠抗摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)。磨損實(shí)驗(yàn)中，材料磨損表面不停遭遇外力的破壞，引起材料衰弱，隨著磨損實(shí)驗(yàn)的增長(zhǎng)，膠料原來(lái)磨損表面不斷損壞，生成新的磨損外面，膠料表面粗糙度不斷增大，摩擦副接觸面積增加，最終導(dǎo)致影響膠料磨損量。在潤(rùn)滑油品狀態(tài)下，丁腈橡膠材料抗摩擦系數(shù)，都隨磨損實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng)而漸漸變大，添加納米級(jí)氧化鋅橡膠的摩擦系數(shù)更低。

6.結(jié)語(yǔ)

新型改良納米丁腈橡膠復(fù)合材料顯著提高橡膠的耐摩擦，耐磨損硬度性能，且不改變其他性能，降低更換頻率，大大減少我國(guó)能源開(kāi)采所消耗的經(jīng)濟(jì)效益，致力于生產(chǎn)和研發(fā)使用壽命更長(zhǎng)，耐磨性能更強(qiáng)的復(fù)合橡膠，使用壽命可以半年以上，滿足我國(guó)對(duì)化工、生活等方面的需求是我們生產(chǎn)研發(fā)的動(dòng)力與意義，而且充分利用了資源，保護(hù)了環(huán)境，可以節(jié)省很多能源、資源，為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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