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不同合成方法部分牌号NBR性能对比

发布日期:2014-05-09 11:47:10  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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不同合成方法部分牌号NBR性能对比

                         不同合成方法部分牌号NBR性能对比
                                         陈 波,费敬银
               (西北工业大学理学院,陕西西安 710072)
    摘 要:研究了软丁腈橡胶与硬丁腈橡胶的性能,并在不同配方中进行了对比试验。结果表明,软丁腈橡胶与硬丁腈橡胶性能有一定差异,各有优缺点,但软丁腈橡胶的综合性能较好;配方中并用高结构补强性好的炭黑,微调硫化体系,提高了软丁腈橡胶拉伸强度、拉断伸长率、硬度,为其应用提供了指导依据。
    关键词:硬丁腈橡胶;软丁腈橡胶;高温聚合;低温聚合
    中图分类号:TQ333.7  文献标识码:A   文章编号:1005-4030(2012)05-0041-04
    丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯(CH2=CH-CH-CH2)和丙烯腈(CH2=CH-CN)经乳液共聚而制得的一种高分子弹性体[1]。由于NBR分子结构中含有腈基,因而具有优异的耐油性(如耐矿物油、动植物油、液体燃料和溶剂)[2],主要用于制作耐油橡胶制品。NBR根据聚合温度和引发剂的不同可分为热聚硬NBR和冷聚软NBR,其聚合温度分别为25~50℃和5~25℃。硬NBR属于间接法生产,生产批量小,分子量分布宽、粘度大、支链多,凝胶含量高、加工性能差,一般需经过塑炼后才能使用。因此,国外在橡胶制品中已很少应用。而冷聚软NBR属于连续法生产,分子量分布均匀,生胶中杂质含量低,相对分子质量分布窄,微观结构规整度高,粘度低,加工性能好,不需塑炼,污染性小,因此逐步取代硬NBR而获得了广泛的应用[3-5]。
    在我国,由于军品生产的连续性,目前,硬NBR在国内仍有一定的应用[6],特别是用于军工耐油橡胶制品的生产。由于软NBR有较好的性能优点及应用优势,且伴随着我国兰化公司、镇江南帝公司等软NBR生产线先后投产,以及国外软NBR产品大量的进入,为软NBR的推广应用提供了可能。从国际、国内看,低温乳液聚合生产是NBR发展的主流趋势,高温乳液聚合生产已遭淘汰,用软NBR代替硬NBR是一种必然趋势。
    本文主要对硬NBR和软NBR进行了对比,以满足软NBR替代硬NBR的要求,找出各自物理性能和加工性能的优缺点,以便于在配方设计中能扬长避短,充分发挥每种生胶料性能上的优势。
    1 实验
    1.1 主要原材料
    硬NBR1704、NBR2707、NBR3604,中国石油兰州石化分公司;软NBR DN401、NBR N41,中国石油兰州石化分公司;软NBR1965、NBR2865、NBR 1043N、NBR2875、NBR 1051、NBR 4155、NBR 1052,镇江南帝公司,几种NBR的技术指标及合成工艺见表1;硫黄,兰州环丰公司;促进剂TMTD,北京燕山化工厂;促进剂CZ,天津市有机化工一厂;促进剂DM,天津拉勃助剂公司;氧化锌,大连氧化锌厂;炭黑N539、N330、N660,运城德信隆公司;喷雾炭黑,抚顺色素公司。
             
    1.2 基本配方(质量份)
    基本配方1:生胶,100;活性剂,6;硫化剂,2.5;促进剂,1.75;防老剂,3.5;炭黑,125;增塑剂,20。
    基本配方2:生胶,100;活性剂,6;硫化剂,2;促进剂,3.25;防老剂,4;补强填充剂,110;增塑剂,20。
    基本配方3:生胶,100;活性剂,7;硫化剂,3.3;促进剂,1.75;防老剂,1.5;补强填充剂,120;增塑剂,20。
    基本配方4:生胶,100;活性剂,8;硫化体系,3.15;防老剂,2;补强填充体系,110;增塑剂,20;其他,0.3。
    基本配方5:生胶,100;活性剂,8.5;硫化体系,4.15;防老剂,2;补强剂,115;增塑剂,30。基本配方6:生胶,100;活性剂,6;硫化体系,3.75;防老剂,1.5;补强填充体系,110;增塑剂,30。
    1.3 主要设备与仪器
    开炼机,XK-160A型,上海橡胶机械厂产品;50t电热平板硫化机,XLB-D型,湖州宏桥橡胶机械有限公司产品;微机控制电子万能试验机,CMT 6104,深圳市新三思材料检测有限公司产品;橡胶强力试验机,XQ-250,上海东方机械厂产品;橡胶硬度计,LX-A,上海市轻工业局标准计量管理所实验工厂产品;单试样硫化橡胶脆性温度测定仪,XCY,天津市材料试验机厂产品。
    1.4 试样制备
    在开炼机上混炼,加料顺序为:生胶→防老剂、活性剂→补强填充剂、增塑剂→硫化剂和促进剂。待吃料完毕后,左右割刀各3次,薄通3遍混合均匀后下片。
    胶料停放24h后返炼出片,试片采用电热平板硫化机在150℃下模压硫化,硫化压力为13~15MPa。
    1.5 性能测试
    硫化胶主要物理机械性能均按最新国家标准测试。
    2 结果与讨论
    2.1 硬NBR与软NBR性能对比
    硬NBR1704、NBR2707、NBR3604与同等丙烯腈含量的几种软NBR的性能进行对比,结果见表2~4。
             
    从表2~4可知,硬NBR1704、NBR2707、NBR3604与软NBR混炼胶相比:(1)硬NBR的拉伸强度高1~4MPa,邵尔A硬度较高。究其原因,是因为硬NBR结构中有更高的支化度和较高的内聚力限制了大分子链的恢复重排,以及宽的组成分布。(2)硬NBR拉断伸长率稍好。据文献记载[1],由于热聚硬NBR中丁二烯1,2加成增加,导致支化度和交联度提高,凝胶含量较高,使加工性不好,低温性变差,并降低拉伸性能和弹性。根据试验设计原则,在保持原配方硫化体系不变的前提下进行研究。结果表明,硬NBR的拉断伸长率稍大于软NBR胶料,可能是由于硬NBR较高的拉伸强度造成的。(3)硬NBR热空气老化性能较差。由于在热聚硬NBR中,丁二烯1,2加成的比例稍高,加成点上的氢较活泼,易形成叔丁基自由基,即烯丙基自由基,因此硬NBR的耐热性可能会受到不利影响[3,7]。
    2.2 实用配方中硬NBR与软NBR的性能对比
    实用配方中,硬NBR与软NBR对比结果见表5~6。
           
            
    从表5和表6可看出,在该实用配方中,选用同等丙烯腈含量的软NBR N41、1043N、2875等量代替硬NBR 2707,几种胶料的性能总体上差异不大。试验表明,硬NBR硬度稍高,拉伸强度和拉断伸长率较高,耐热性能稍差,这些特点与表2~4所得结论基本一致。
            
    2.3 配方的优化
    根据上述对比试验,用相近丙烯腈含量的软NBR等量代替硬NBR,配方不变,软NBR生产的胶料硬度、拉伸强度和拉断伸长率偏小,为使替代胶料更好的符合原技术指标的要求,需对胶料配方进行相应的优化调整,具体措施包括:(1)提高填充剂的补强性,在不改变总配合量的情况下,用活性大、粒径小的炭黑部分替代原配方中低补强性的喷雾炭黑。(2)由于同等丙烯腈含量的硬NBR的耐油性较软NBR好,这与硬NBR高的相对分子质量、内聚力和高的凝胶含量有关。因而选用结合丙烯腈含量稍高的生胶牌号或适当并用高丙烯腈含量NBR,来提高软NBR胶料的耐油性能。(3)对硫化体系进行微调,即采用后效性促进剂,并适当降低硫化体系总用量,提高胶料的拉断伸长率。配方优化后软NBR代替硬NBR的对比测试结果见表7~8。
    3 结论
    通过对软NBR和硬NBR的拉伸强度、拉断伸长率、硬度、耐介质等性能进行对比试验及分析,得出了以下结论: 
    1)在丙烯腈含量相近的情况下,与硬NBR相比,软NBR的耐热空气老化性能、加工工艺性能较好,但硬度、拉伸强度、拉断伸长率相对较小。   2)选择同等或稍高丙烯腈含量软NBR,通过并用高结构补强性好的炭黑等调节手段,可提高软NBR拉伸强度、拉断伸长率、硬度、耐介质等主要性能,得到的测试性能与原硬NBR基本相同。
参考文献:
[1]谢遂志,刘登祥,周鸣峦.橡胶工业手册第一分册[M].北京:化学工业出版社,1989.
[2]王立彦.丁腈橡胶的应用[J].弹性体,2000,10(3):41-44.
[3]王福坤.丁腈橡胶的加工性能及物理机械性能[J].世界橡胶工业,2001,28(2):17-20.
[4]李晓强,唐斌.软NBR与硬NBR的性能对比研究[J].特种橡胶制品,2003,24(1):1-3.
[5]朱景芬.我国NBR的现状及发展趋势[J].橡胶工业,2000,47(9):555-563.
[6]李晓强,唐斌.软丁腈橡胶的性能及其配合技术[J].特种橡胶制品,2004,25(2):1-4.
[7]化工部西北橡胶工业制品研究所情报室.丁腈橡胶译文集[M].咸阳:西北橡胶工业制品研究所,1984.14.


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作者:佚名
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