高耐磨炉黑填充型粉末丁腈橡胶硫化胶的老化性能

高耐磨炉黑填充型粉末丁腈橡胶硫化胶的老化性能 高耐磨炉黑填充型粉末丁腈橡胶硫化胶的 老化性能 加工?应用合成橡胶工业,2007—03一l5,3O(2):111,113CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY 高耐磨炉黑填充型粉末丁腈橡胶硫化胶的 老化性能 周奕雨,刘罡,王炼石 (华南理工大学 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,广东广州510641) 摘要:研究了高耐磨炉黑(HAF)填充型粉末丁腈橡胶[P(NBR/HAF)]硫化胶的热空气老化,耐异 辛烷/甲苯溶剂及压缩永久变形性能,并与机械混炼的块状丁腈橡胶(BNBR)/HAF硫化胶进行比较. 结果表明:P(NBR/HAF)硫化胶的耐热空气老化,耐溶剂及压缩永久变形性能受高分子树脂包覆剂及其 用量的影响;P(NBR/HAF)硫化胶的上述性能达到或超过BNBR/HAF硫化胶. 关键词:粉末丁腈橡胶;高耐磨炉黑;硫化胶;包覆剂;热老化;块状丁腈橡胶 中图分类号:TQ333.99文献标识码:B文章编号:1000—1255(2007)02—0111—03 粉末橡胶自1930年专利公开以来迄今一直 稳步发展,近年来更呈上升趋势.粉末橡胶 因为其制备和应用具有很多优点,特别是操作简 便,节能,在业内得到广泛的认同.关于粉 末丁苯橡胶,天然橡胶,氯丁橡胶和丁腈橡胶 (NBR)的制备及其硫化胶力学性能的研究已有 许多报道,本工作则研究高耐磨炉黑(HAF) 填充粉末NBR[简称P(NBR/HAF)]硫化胶的耐 热空气老化,耐异辛烷/甲苯溶剂以及压缩永久变 形性能,并与填充HAF的机械混炼块状NBR (BNBR)硫化胶的性能进行了对比. 老化是聚合物的普遍规律,即聚合物在氧气, 臭氧,紫外线,热,力等因素作用下发生分子链的 断裂,交联,环化或基团化等极其复杂的变化,使 聚合物的使用性能降低甚至失去其原有的使用价 值.因此,从材料应用的角度而言,老化性能对 P(NBR/HAF)硫化胶的影响比力学性能更为显着. 1实验部分 1.1主要原材料 NBR胶乳,总固物质量分数为20.7%,兰州 石化公司产品.HAF,牌号为N330,上海立事化 工实业公司产品.高分子树脂包覆剂,乙烯基和 极性单体合成的共聚物;醇类分散剂,实验室制 备.其他均为橡胶工业常用助剂. 1.2试样制备 基本配方(质量份)NBR胶乳或BNBR 100,HAF60,硫黄1.8,氧化锌5.0,硬脂酸1.0, 促进剂DM1.4,防老剂2641.0,分散剂1O,絮凝 剂过量,包覆剂变量. 混炼胶向三口烧瓶中加入HAF,分散剂, 蒸馏水,NBR胶乳,包覆剂,防老剂,在设定温度 下搅拌30min后加入絮凝剂,产物即以粉末状析 出,滤去水分,用自来水洗涤3次,脱水,过筛,烘 干即得P(NBR/HAF);将配合剂和P(NBR/ HAF)混合均匀,在152mm双辊开炼机上混炼, 薄通1O次出片,得到P(NBR/HAF)混炼胶.按 标准的生胶制备方法,在152mm双辊开炼机上 对BNBR塑炼至包辊,接着加入HAF混炼均匀, 然后依次加入各种助剂,混炼均匀,薄通1O次出 片,得到BNBR/HAF混炼胶. 硫化胶将P(NBR/HAF)或BNBR/HAF混 炼胶放置24,48h后用25t电热平板硫化机进 行硫化,硫化条件为150?×正硫化时间(t如), 即得到硫化胶.用北京环峰实验厂生产的MM 4130C型无转子硫化仪测定试样的t. 1.3 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与测试 硫化胶拉伸性能按GB/T528--1998测试, I型试样,拉伸速率为500mm/min;撕裂强度 收稿日期:2005—11—29;修订日期:2oo6—11—27. 作者简介:周奕雨(1950一),男,副教授.已发表论文 40余篇. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(5773010);广东省自 然科学基金资助项目(970554). 合成橡胶工业第30卷 按GB/T529--1999测试,直角型试样,拉伸速 率为500mm/min,分别采用上海化工机械四厂 生产的DXLL一2500电子拉力机测试.邵尔A硬 度采用上海化工机械四厂生产的XY一1型硬度 计,按GB/T531—1999测试.硫化胶的热空气 老化性能按GB/T3512—2001测试,压缩永久变 形性能按GB/T7759--1996测试,压缩率为 25%,B型试样.耐溶剂性能按GB/T1690— 1992测试,溶剂为70/30(体积比)的异辛烷 和甲苯混合液. 2结果与讨论 2.1热空气老化性能 从表1可以看出,热空气老化实验后 P(NBR/HAF)硫化胶的邵尔A硬度增大,而力学 性能明显下降,并且随着老化时间的延长,力学性 能下降的幅度略有增加.从表1还可以看出,老 化后P(NBR/HAF)硫化胶的拉伸强度,撕裂强 度,硬度保持率均随着包覆剂用量增加而有所改 善.这可能是由于包覆剂本身为饱和聚合物,对 氧的稳定性好,同时很可能在P(NBR/HAF)硫化 胶试样与氧接触的表面形成了保护膜,阻碍了氧 气向P(NBR/HAF)硫化胶的基体扩散,起到阻隔 氧气,保护P(NBR/HAF)硫化胶的作用,从而减 缓了P(NBR/HAF)硫化胶老化的进程.相比之 下,BNBR/HAF硫化胶由于不含包覆剂,故其耐 热老化性能最差.增加包覆剂用量能改善 P(NBR/HAF)硫化胶的部分力学性能,综合考 虑,包覆剂用量以10份为宜. Table1Heat-agingmechanicalpropertiesof NBR/HAFvulca?izates Vulcanizate Encapsulatingagent/phr P(NBR/HAF) 6810 BNBR/ HAF Heat-agingat120?(48h) Changeratiooftensilestrength/%一3O.7—29.1—25.2—50.2 Changeratioofelongationatbreak/%一78.2—75.0—78.8—82.5 Changeratiooftearstrength/%一59.8—49.7—49.9—58.4 Changeratioofpermanentset/%—-78—-78——78——75 ChangeofShoreAhardness12101113 Heat?agingat120~C(72h) Changeratiooftensilestrength/%一29.5—32.2—27.4—65.0 Changeratioofelongationatbreak/%一81.5—81.8—8O.5—87.5 Changeratiooftearstrength/%一60.0—53.2—52.3—58.8 Changeratioofpermanentset/%一78—78—78—100 ChangeofShoreAhardness14121214 2.2耐溶剂性能 从表2可以看出:当包覆剂用量为8份时, P(NBR/HAF)硫化胶100%定伸应力的变化率最 小,这是由于扯断伸长率变化最大所致 (为一36.4%),也就是此时P(NBR/HAF)硫化 胶试样已得到充分拉伸而逼近扯断点,试样承受 的拉力也已接近最大值,因此按GB/T1090— 1992中的规定计算所得的值为最小;对100%定 伸应力而言,当包覆剂用量为8份和10份时, P(NBR/HAF)硫化胶的耐异辛烷/甲苯溶剂性能 优于BNBR/HAF硫化胶,在6份时两者则较为接 近;对于拉伸强度,BNBR/HAF硫化胶比 P(NBR/HAF)硫化胶稍好,这可能是试样浸泡 在溶剂中,部分包覆剂从试样中被抽提出来,削 弱了对P(NBR/HAF)硫化胶的增强作用,相反 BNBR/HAF硫化胶不存在包覆剂被抽提出来的 问题;对于邵尔A硬度,P(NBR/HAF)硫化胶 的变化量随包覆剂用量的增加而略有减小,并且 都小于BNBR/HAF硫化胶.对于扯断伸长率, 撕裂强度和永久变形,P(NBR/HAF)硫化胶和 BNBR/HAF硫化胶的变化率处于同一水平.因 此,就P(NBR/HAF)硫化胶耐溶剂的综合性能 而言,包覆剂的用量以8份为宜. Effectofsolventonmechanicalpropertiesof NBR/HAFvulcanizates P(NBR/HAF)BNBR/ Encapsulatingagent/phr6810HAF Changeratioofmodulusat1oo%/%一41.7—23.2—27.7—35.2 Changeratiooftensilestrength/%一54.5—51.4—52.2—45.9 Changeratioofelongationatbreak/%一34.8—36.4—32.5—33.3 Changeratiooftearstrength/%一48.3—42.7—48.4—45.5 Changeratioofpermanentset/%一77.8—77.8—77.8—75.O ChangeofShoreAhardness一24—19—20—26 Immersionconditions:3O?×72h. 2.3压缩永久变形性能 从表3中可看出,在30?时,P(NBR/HAF) 硫化胶压缩永久变形性能随包覆剂用量的增加而 稍有改善,BNBR/HAF硫化胶由于没有包覆剂, 其耐压缩永久变形性能最差,这可能是由于包覆 剂的存在阻碍了试样的变形,因为在此温度下包 覆剂充当了刚性填料的作用.另一方面,在 100?时,P(NBR/HAF)硫化胶的耐压缩永久变 形性能与无包覆剂的BNBR/HAF硫化胶比较却 稍有下降,这是由于包覆剂本身为高分子树脂材 ,一 第2期周奕雨等.高耐磨炉黑填充型粉末丁腈橡胶硫化胶的老化性能?113? 料,其形变在力学和热力学上是不可逆的,故在 100c【=时发生的塑性变形而在常温下冷却硬化对 硫化胶的弹性恢复起阻碍作用所致.当然,热老 化后压缩永久变形率增大的原因也可能是由于 P(NBR/HAF)硫化胶中由某些配合剂生成的”不 牢固”键遭到局部破坏而使结构稳定所致.因此可 以得出,作为常温下使用的受压缩制品, P(NBR/HAF)比BNBR/HAF硫化胶的耐压缩永久 变形性能优越,而即使在高温下两者也处于同一水 平.在耐溶剂压缩方面,P(NBR/HAF)硫化胶的性 能比传统BNBR/HAF硫化胶略好,原因可能是包 覆剂是由乙烯基和极性单体合成的共聚物,与 NBR一样同是极性聚合物,而异辛烷/甲苯是非极 性溶剂,从而增强了P(NBR/HAF)硫化胶的耐溶剂 压缩性能.综上所述可知,包覆剂用量增多有利于 提高P(NBR/HAF)硫化胶的压缩永久变形性能,但 综合考虑包覆剂的最佳用量以10份为宜. Table3PropertiesofcompressionsetforNBR/HAFvulcanizates VulcanizatePfNBR/HAF)BNBR/ 兰!!!!!!!:!! Compressionset/% 3O?×72hl7.9l7.4l6.820.4 100?×72h90.890.089.083.3 3O?×72h一2.1—2.1—2.3—4.5 Liquidimmersiontesting. 3结论 a)P(NBR/HAF)硫化胶中的包覆剂能有效 改善其热空气老化性能. b)当包覆剂用量为10份时,P(NBR/HAF) 硫化胶的热空气老化性能和压缩永久变形性能最 佳;当其用量为8份时,耐溶剂性能最好. C)在热空气老化,压缩永久变形和耐溶剂等 性能方面,P(NBR/HAF)硫化胶与BNBR/HAF硫 化胶处于相同水平或优于BNBR/HAF硫化胶. 参考文献: 1UdoG,ReinhardS,HartmutL,eta1.Productionofpowderedrub- bercontainingfillersbyacidprecipitationoflatexes[P].Ger Often,DE19815453,1998 2GorlU,SehmittM.Powderrubber:Anewrawmaterialgeneration forsimplifyingproduction(part2)[J].RubberWorld,2001,224 (1):41—48 3AdamT,EulaliaG.Powderednitrilerubbers:Manufactureand properties[J].Elastomery,2001,5(6):3—11 4EvansCW.Powderedandparticulaterubbertechnology[M]. London:AppliedSciencePublishersLtd,1978 5EvansCW.Compoundingandmixingtechniquesindevelopments inrubberandrubbercomposites(part1)[M].London:Applied SciencePublishersLtd,1978 6王炼石,孙宁.用淀粉黄原酸酯交联包覆法制备粉末NBR[J]. 橡胶工业,1992,39(8):471,474 7王炼石,胡洪军,周奕雨.高耐磨炭黑填充型粉末SBR研 究[J].合成橡胶工业,2003,26(1):5—8 8周奕雨,徐挺,李良秀,等.高耐磨炉黑填充粉末丁腈橡胶的 制备及性能[J].合成橡胶工业,2003,26(5):288,291 9黄立本,谷育生,黄敬.粉末橡胶[M].北京:化学工业出版 社.2003 Agingpropertiesofpowderednitrilerubberfilled withhighabrasionfurnaceblack ZhouYiyu,LiuGang,WangLianshi (CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTe chnology, Guangzhou510641,China) Abstract:Thepropertiesofheat—aging,solventof isooctane/tolueneresistanceandcompressionsetof highabrasionfurnaceblack(HAF)filledpowdered nitrilerubberP(NBR/HAF)vulcanizateswerein— vestigated,andcomparedwiththoseofmechanically mixedblocknitrilerubber(BNBR)/HAFvulcani- zates.Itwasf0undthattheabovepropertieswere greatlyaffectedbytheencapsulantofmacromolecu— larresinanditsloading,andtheabovepropertiesof P(NBR/HAF)vulcanizateswereequaltoor superiortothoseofBNBR/HAFvulcanizates. Keywords:powderednitrilerubber;highabra— sionfurnaceblack;vulcanizate;encapsulant;heat— aging;blocknitrilerubber