硫化、補強體系對丁腈橡膠壓縮耐寒系數(shù)、耐油性能的影響

張健、陳靜、王艷、朱虹

（1 河北新旭龍騰機械設(shè)備有限公司 河北 高碑店 074000）

（2 天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗站第四十二站 天津 300384）

硫化、補強體系對丁腈橡膠壓縮耐寒系數(shù)、耐油性能的影響

張健1、陳靜2、王艷2、朱虹2

（1 河北新旭龍騰機械設(shè)備有限公司 河北 高碑店 074000）

（2 天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗站第四十二站 天津 300384）

研究了在低溫環(huán)境下使用的丁腈橡膠的硫化體系、補強體系對產(chǎn)品壓縮耐寒系數(shù)和耐液體性能的影響。結(jié)果表明，硫化體系宜采用過氧化物與硫磺硫化體系并用，補強體系采用細粒子炭黑與粗粒子炭黑并用，制造過程中要控制塑煉、混煉的工藝參數(shù)，硫化過程中應確保足夠的硫化程度，可使膠料具有較好的耐油、耐寒性。

關(guān)鍵詞：丁腈橡膠;壓縮耐寒系數(shù)；配方設(shè)計；工藝

丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得的，其耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強。缺點是耐低溫性差、壓縮耐寒性能差，電性能低劣，彈性稍低。丁腈橡膠主要用于制造耐油橡膠制品，隨著國民經(jīng)濟的增長與工業(yè)發(fā)展，用于低溫環(huán)境下的油管、油路、液壓密封對耐寒性能的要求越來越苛刻，因此丁腈橡膠能夠應對更低的環(huán)境使用溫度是極為重要的。

本文就具有耐寒、耐油性能的丁腈橡膠膠料配方的試制和研發(fā)做一介紹。

1、實驗

1.1 主要原材料

丁腈橡膠中丙烯腈含量的高低對硫化橡膠料的各項性能有較大的影響，丁二烯鏈段分子極性小，柔順性好，提供耐寒性；丙烯腈鏈段分子極性大，柔順性差，提供耐油性。實踐證明，低丙烯腈含量(18%～20%)的丁腈橡膠能在滿足耐油性的前提下，具有優(yōu)良的耐寒性，故選其作為主體材料進行試驗研究。因此選用丁腈橡膠N250S（日本JSR株式會社）；其余硫化劑、促進劑、補強劑等均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 試驗設(shè)備與儀器

XK-450型開煉機（青島雙星橡膠機械廠）；DX35/55翻斗式密煉機（日本森山制作所）；50T平板硫化機（華城橡膠機械廠）；LX-A型橡膠硬度計（江蘇明珠試驗機械有限公司）；DXLL-250型電子拉力機（江蘇機械四廠）；壓縮耐寒系數(shù)試驗儀（江蘇明珠試驗機械有限公司）；401B型老化試驗箱（江蘇啟東雙菱試驗設(shè)備有限公司）；低溫脆性試驗機（江蘇明珠試驗機械有限公司）。

1.3 測試方法

壓縮耐寒系數(shù)按GB/T 6034-1985測試；硬度按GB/T 531.1-2008測試；伸長率、拉伸強度按 GB/T 528-2009測試。耐液體試驗按GB/T1690-2010 測試。低溫脆性試驗按GB/T1682-1994測試。

2、結(jié)果與討論

2.1 配方設(shè)計對壓縮耐寒系數(shù)和耐液體性能的影響

主體材料選用丁腈橡膠N250S，采用了不同的硫化體系和補強體系。

試驗配方和試驗結(jié)果見表1、表2。

表1、試驗配方

表2、各項性能測試結(jié)果

2.1.1 硫化體系

1#配方至 4#配方分別是普通硫磺硫化體系和有效硫磺硫化體系，過氧化物并用硫化體系和過氧化物硫化體系，從壓縮耐寒試驗結(jié)果看，1#配方為0.27，2#配方為0.38，3#配方為0.64，4#配方為0.35，3#配方壓縮耐寒系數(shù)明顯高于其他配方。1#配方為普通硫磺硫化體系，生成交聯(lián)鍵以多硫鍵為主，物理機械性能較好，但是壓縮耐寒系數(shù)和耐液體差，2#為有效硫磺硫化體系，生成的交聯(lián)鍵以單硫鍵為主，鍵能高，耐熱性能好，永久變形小。而過氧化物與硫磺硫化體系并用即彌補了單用過氧化物出現(xiàn)的扯斷強度低、伸長率低的狀況，也彌補了普通硫化體系的壓縮永久變形高耐熱性差的缺點，并得到了優(yōu)異的綜合物理機械性能。

2.1.2 補強和軟化體系

1#至 4#配方所用的補強體系與軟化劑均為同等用量，但是從耐液體試驗結(jié)果可以看出耐液體性能最好的為3#配方，其結(jié)果表明橡膠的交聯(lián)鍵種類與交聯(lián)鍵的多少也決定著橡膠耐油性能的好壞，6組配方中 6#配方的耐液體性能最好，但是壓縮耐寒系數(shù)低于3#配方，扯斷伸長率較低，就拉伸性能而言這是因為對于與橡膠有親和性的炭黑而言，混煉膠中炭黑粒子周圍的橡膠相形成的稠密狀態(tài)有關(guān)，不形成稠密狀態(tài)拉伸性能較差。補強性能好的高耐磨炭黑形成的稠密橡膠相較多，而補強性能小的噴霧炭黑則形成的稠密橡膠相較小，所以，扯斷強度與扯斷伸長率低于5#配方。

2.2 塑煉、混煉工序

塑煉、混煉等工序是制備半成品膠料的工序過程。對橡膠進行塑煉、混煉，控制塑煉、混煉的溫度、時間、薄通過輥筒的次數(shù)以及加料的順序等，對橡膠的分子鏈都有影響，也就是說，塑煉、混煉要適度，不足或過度都會有損于膠料或硫化橡膠的性能，只有最佳的塑煉和混煉才能獲得良好性能的混煉膠和硫化橡膠，從而有良好的物理機械性能。因此，膠料制備的塑煉、混煉工序要制定操作工藝，并嚴格地遵守執(zhí)行。

2.3 硫化

硫化的溫度、時間、壓力三大要素直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能。硫化的溫度過高，時間過長，造成產(chǎn)品過硫；溫度過低，時間過短，造成欠硫。過硫、欠硫?qū)Ξa(chǎn)品的性能都有影響。因此，要制定嚴格的硫化工藝。經(jīng)過試驗，結(jié)果表明，硫化溫度在170～180℃，硫化時間在10～15min時可以保證性能更佳。

3、結(jié)論

（1）耐油耐寒丁腈橡膠是以低丙烯腈含量的丁腈橡膠為主體材料，配方設(shè)計時，硫化體系宜采用過氧化物和硫化硫化并用體系，補強填充劑選用高耐磨炭黑和噴霧炭黑，軟化增塑劑選用癸二酸二辛脂，各項物理機械性能均為較高值并得到較好的耐油性能和優(yōu)異的壓縮耐寒性能。

（2）試片制作過程中，要嚴格控制塑煉、混煉工藝參數(shù)，硫化宜采取高溫長時間硫化工藝。

[1]張殿榮，辛振祥1現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計[M]1北京：化學工業(yè)出版社，20011[4]

[2]楊清芝1現(xiàn)代橡膠工藝學[M]1北京：中國石化出版社，1997

張?。?986年9月），男，河北高碑店市人，河北新旭龍騰機械設(shè)備有限公司技術(shù)總監(jiān)，從事技術(shù)和管理工作。