納米高嶺土對BIMSM硫化膠氣密性的影響

代高峰，劉民英，黃環(huán)宇

（1.鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南 登封 452483; 2.鄭州大學, 河南 鄭州 450001）

納米高嶺土對BIMSM硫化膠氣密性的影響

代高峰1,2，劉民英2，黃環(huán)宇1

（1.鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南 登封 452483; 2.鄭州大學, 河南 鄭州 450001）

主要研究了納米高嶺土對溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）膠料氣密性的影響,以及硫化時間和老化對BIMSM納米復合材料氣密性的影響。結(jié)果表明，BIMSM納米復合材料具有優(yōu)異的氣密性和耐老化性能，并且明顯優(yōu)于BIMSM橡膠。

納米高嶺土；溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）；氣密性；硫化時間；老化

0 前 言

溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）由于其特殊的化學結(jié)構(gòu)，除了具有丁基橡膠的優(yōu)點外，其熱穩(wěn)定性、耐臭氧性、氧化穩(wěn)定性、黏性、氣密性和耐射線輻射性均好于鹵化丁基橡膠[1-2]。因此BIMSM橡膠被廣泛應用于輪胎和醫(yī)藥等密封件制品[3-6]。

納米高嶺土由于具有納米材料的表面效應、體積效應和比表面積效應等特性，因此能賦予其復合材料特殊的性能。納米復合材料在各個方面、各個領域中的應用也受到了極大的關注，橡膠工業(yè)也不例外[7-9]。這也為節(jié)能環(huán)保提供了一種思路。

用溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）-高嶺土納米復合材料制備試樣，研究了BIMSM納米復合材料的氣密性以及硫化程度和老化對其氣密性的影響。

1 試 驗

1.1 主要原材料

溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM，Exxpro3433）、溴化丁基橡膠（BIIR，EXXON BROMOBUTYL 2211），?？松梨诠荆患{米高嶺土，山東棗莊三興高新材料有限公司；煅燒高嶺土，河南中龍高嶺土有限公司。其他配合劑均為橡膠工業(yè)常用的原材料。

1.2 儀器和設備

YS-3-15型強力加壓利拿式密煉機，無錫陽明橡膠機械有限公司產(chǎn)品；S(X)K-160A型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；TCY-V-22-2-S-PCD型模壓成型機，東毓油壓機械股份有限公司產(chǎn)品； UR2010-SD型無轉(zhuǎn)子流變儀，臺灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；AI-7000型微電腦拉力機，臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；HQL-100型高溫老化試驗箱，北京中科環(huán)試儀器有限公司產(chǎn)品；Ox-Tran 2/61型氧氣透過率測試儀，美國Mocon公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

BIMSM納米復合材料的制備：先用密煉機將BIMSM和納米高嶺土按照質(zhì)量比100:10的比例進行混煉，然后再用開煉機再次混煉。

混煉膠試樣的制備：按照GB 6038—2006標準混煉膠試樣制備，按照配方要求先用密煉機混煉，再用開煉機混煉，用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定膠料的t90，根據(jù)膠料的t90在平板硫化機上進行硫化。

1.4 性能測試

混煉膠物理性能的測試：以GB/T 528—2009和GB/T 529—2008標準在微電腦型拉力機上進行測試。

膠料氣密性的測試：在美國Mocon公司的Ox-Tran 2/61型氧氣透過率測試儀上，按照標準ASTM D 3985進行測試，用氧氣的透過率來表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米高嶺土增強膠料氣密性的機理

膠料的氣密性（阻隔性）通常是用氣體透過率表示的，以下用氧氣透過率的大小來表示試樣氣密性能的優(yōu)劣。

膠料的氣密性與填料在其中的分散程度及其取向密切相關，也是評價材料氣密性的兩個重要因素。在納米復合材料中，具有高度取向的層狀填料和有序的排列，因此這些層狀面直接阻止了氣體的通過。納米材料的阻隔機理如圖1所示[10]。很明顯，利用納米材料和復合技術(shù)可以降低材料的氣體透過性，從而增加材料的氣密性。因此可以用BIMSM/高嶺土納米復合材料增加丁基橡膠塞的氣密性，這也為在保持丁基橡膠塞物理性能不變的情況下減小針刺厚度而改善其穿刺落屑性能和終端使用性能提供了理論依據(jù)。

圖1 大長徑比和高度取向填料阻隔氣體通過的機理示意圖

2.2 納米高嶺土對BIMSM膠料性能的影響

溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）是一種適用于生產(chǎn)醫(yī)藥橡膠塞的、最潔凈的新型溴化丁基橡膠[3,8]。用BIMSM和納米高嶺土制成了BIMSM納米復合材料。溴化丁基橡膠（BIIR）、BIMSM和BIMSM納米復合材料性能的對比如表1所示。這三種膠料的流變特性如圖2所示。

圖2 BIIR、BIMSM和BIMSM納米復合材料的流變曲線(185 ℃)

由表1可知，BIMSM納米復合材料（膠料C）的定伸應力和撕裂強度最大，而伸長率最小，氣體透過率也最小。這些也正是具有表面效應、體積效應和比表面積效應的納米高嶺土所賦予BIMSM納米復合材料力學性能的具體表現(xiàn)。在此需要特別說明的是，膠料C的氣體透過率遠小于膠料A和B，這充分說明了BIMSM納米復合材料能有效地降低材料的氣體透過性，增加材料的氣密性。

表1 BIIR、BIMSM和BIMSM納米復合材料丁基橡膠塞配方及其性能

由圖2可知，BIMSM納米材料的膠料在流變條件下顯示出了較好的平坦性，而溴化丁基橡膠膠料在流變條件下最有返原現(xiàn)象，這也說明BIMSM納米材料的膠料具有較好的穩(wěn)定性。

2.3 硫化程度對BIMSM滲透性的影響

在硫化溫度一定的條件下，硫化程度的大小可以用硫化時間的長短來表示。本文用t50、t90、t150表示膠料欠硫、正硫和過硫三種不同狀態(tài)。

從圖3中可以看出，BIMSM納米復合材料的氣密性明顯優(yōu)于BIMSM，并且這兩種膠料無論是在欠硫狀態(tài)下還是過硫狀態(tài)下，其滲透性變化均不大，這也證實了硫化程度對滲透性的影響可以忽略不計。這與Rodgers B等[11]人的研究結(jié)果一致。因此硫化程度對滲透性的影響可以忽略不計。

圖3 硫化程度對滲透率的影響(185 ℃)

2.4 老化對BIMSM納米復合材料氣密性能的影響

分別將硫化試樣置于100 ℃和125 ℃兩個不同溫度條件下，研究老化對BIMSM納米復合材料氣密性能的影響。BIIR、BIMSM和BIMSM納米復合材料這三種膠料老化前后氣體透過率的變化情況如圖4所示。

由圖4可知，老化后，膠料A（BIIR）的氣體透過率變化最大，膠料C（BIMSM納米復合材料）的氣體透過率變化最小，而膠料B（BIMSM）的氣體透過率及其變化處于二者之間。這表明BIMSM納米復合材料膠料有最低的氣體透過性，其氣密性受老化的影響最小。這也說明了BIMSM納米復合材料膠料的熱穩(wěn)定性非常好。

圖4 老化前后膠料氣體透過率的變化

3 結(jié) 論

（1）BIMSM納米復合材料具有優(yōu)異的氣密性和耐老化性能。

（2）納米高嶺土能明顯降低BIMSM的氣體滲透性，提高其氣密性，拓寬了BIMSM的應用范圍。

（3）硫化程度對BIMSM納米復合材料的氣密性幾乎無影響。

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[9] 黃環(huán)宇，代高峰，劉民英,等. 溴化異丁烯-對甲基苯乙烯共聚物/高嶺土納米復合材料在藥用丁基橡膠瓶塞中的應用[J].橡膠工業(yè), 2016, 63(2):89-92.

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[責任編輯：朱 胤]

Effect of Nanoclay on Permeability Properties of BIMSM

Dai Gaofeng1,2, Liu Minying2, Huang Huanyu1
(1. Zhengzhou Aoxiang Pharmaceutical Technology Co., Ltd., Dengfeng 452483,China; 2. Zhengzhou University, Zhengzhou 450001,China)

This paper mainly studied the effect of nanoclay on the permeability properties of brominated isobutylene–methyl styrene copolymer (BIMSM) and the effect of curing time and aging on the permeability properties of the BIMSM-based nanocomposite. The experimental results show that BIMSM-based nanocomposite has excellent permeability properties and aging resistance and the permeability properties of the BIMSM-based nanocomposite is superior to BIMSM.

Nanoclay; Brominated Isobutylene–Methyl Styrene Copolymer (BIMSM); Pressure Tightness; Curing Time; Aging

TQ 333.6

A

1671-8232(2017)03-0022-04

2016-05-13

代高峰（1974—），男，河南商水人，工程師，執(zhí)業(yè)藥師，在職研究生，主要從事藥用丁基橡膠塞配方設計及其與藥品相容性研究。