白炭黑填充丁腈橡胶性能研究

王兆威 王再学,2* 师晓龙 张兆红 翁国文 徐云慧

(1. 徐州工业职业技术学院 材料工程学院，江苏 徐州 221140； 2. 中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116)

丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合而成的一种极性非结晶橡胶[1-3]，由于极性基团(腈基)的存在，丁腈橡胶具有良好的耐非极性介质性，广泛用于油封、橡胶弹簧、油气囊、石油及天然气输送管路中的橡胶制品[4-8]。

混炼胶中补强剂能赋予橡胶许多优异性能，最常见的补强填充体系有炭黑和白炭黑，炭黑可以将合成橡胶的强度提升10倍左右[9]，而白炭黑的补强效果仅次于炭黑。随着人们生活水平的提高及个性化生活方式的追求，彩色橡胶制品的需求越来越多[10-12]，制备彩色橡胶制品常用白炭黑作为填料[13,14]。

1 实验部分

1.1 原材料

NBR3358，南京金浦英萨合成橡胶有限公司；WL180，赢创嘉联白炭黑有限公司；AS-70、RS-50，扬中格拉斯白炭黑化工有限公司；NJ255，南吉化学工业有限公司；其他原材料均为市售产品。

1.2 实验设备

3 L密炼机，广东利拿实业有限公司；XK(S)-160开炼机及QLB-500/Q平板硫化机，无锡第一橡塑机械有限公司产品；M2000-A型无转子硫化仪和A1-7000-GD拉力试验机，均为高铁科技股份有限公司产品。

1.3 实验配方

NBR3358 100，增塑剂ATBC 30，氧化锌805 5，硬脂酸 2，活性剂PEG4000 2，模的丽935P 1.5，硫磺1.5，TMTD 1，DTDM 2，M 3，白炭黑变种类(60份)。

1.4 制样制备

首先把丁腈橡胶加入密炼机，分别加入白炭黑和增塑剂等，待混炼均匀后，下料，在开炼机上加硫磺和促进剂，打三个三角包、两个卷，出片放置，冷却备用。

采用平板硫化机硫化试片，硫化温度为170 ℃，压力为15 MPa，硫化时间为工艺正硫化时间t90。

1.5 分析与检测

按照GB/T 16584—1996用无转子硫化仪测试混炼胶的硫化特性；物理机械性能按照GB/T 531用硬度计测试硫化橡胶胶的硬度；按照GB/T 528用拉力试验机测试硫化胶的拉伸性能；按GB/T 16584—1996测试胶料的耐油性能，机油中浸泡72 h。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性分析

表1为白炭黑填充丁腈橡胶的硫化特性。

表1 白炭黑填充丁腈橡胶的硫化特性

从表1可以看出，四种白炭黑对焦烧时间(t10)影响不大，t10并没有因为白炭黑的加入而产生较大变化。比较四种白炭黑填充丁腈橡胶的工艺正硫化时间(t90)，RS-50的pH值较小(6.5)，由于酸性填料的吸附作用、降低了硫化体系的硫化活性点，所以t90时间长；AS-70的pH值较大(10.5)，能够中和胶料中的酸性物质，降低其对硫化体系的影响，所以t90较短。表1中最大转矩和最小转矩的差值(MH-ML)大小反映了复合材料的化学或物理交联程度[15]，从表1中可以看出WL180和NJ255的MH-ML较大，这是因为WL180的比表面积为180、吸油值为224左右，NJ255的比表面积为130、吸油值为200左右，较大的比表面积和吸油值有助于形成填料网络结构。交联结构变大，体系黏度变大。其中WL180的ML较大，胶料的初始黏度较大，相对其他三种白炭黑填充胶料流动性低。

2.2 物理机械性能分析

表2为白炭黑填充丁腈橡胶的物理机械性能。

表2 白炭黑填充丁腈橡胶的物理机械性能

从表2可以看出，WL180填充丁腈橡胶的胶料强度高、物理机械性能较好，其次为NJ255。这和前面胶料的硫化特性数据是一致的，WL180混炼胶的(MH-ML)较大，胶料网络结构较好，胶料性能也好。对比老化前后性能变化，WJ180混炼胶的耐老化性能也较好。

2.3 耐油性能分析

表3为白炭黑填充丁腈橡胶的耐油性能。

表3 白炭黑填充丁腈橡胶的耐油性能

丁腈橡胶作为强极性橡胶，常用于密封制品或输送油气的胶管，在使用过程中不可避免地与各种油类长期接触，影响产品的使用寿命[16]，因此考察胶料的耐油性能有重要意义。油渗透到橡胶大分子链之间，一方面导致分子链间距变大，分子链柔顺性变大，硬度降低；另一方面，分子链段的自由体积增大，分散在硫化胶中的小分子物质被析出，油进入橡胶内部，影响胶料的网络结构。从表3可以看出，对于4种白炭黑填充丁腈橡胶来说，浸油后的硬度、拉伸强度下降，扯断伸长率变化不大。WL180填充丁腈橡胶制备的混炼胶性能变化最小，说明WL180硫化胶的网络结构比较稳定。浸油过程中，配方中已有的增塑剂(乙酰柠檬酸三丁酯)与外部的机油达到了很好的平衡。

考虑硫化工艺、物理机械性能和耐油性能，WL180填充NBR橡胶的综合性能较好，

2.4 白炭黑填充丁腈橡胶制备方法

制备白炭黑填充丁腈橡胶建议采用两段混炼方法。第一段采用密炼机混炼，先加入生胶、填料、增塑剂等，见表4；第二段采用开炼机加硫，见表5。

表4 密炼机炼胶工艺

表5 开炼机炼胶工艺

3 结论

四种白炭黑中，WL180填充丁腈橡胶力学强度大，耐老化和耐油性能优；AS-70填充丁腈橡胶工艺正硫化时间短；RS-50填充丁腈橡胶的工艺正硫化时间长。