耐乙醇汽油橡膠材料溶脹性能的研究*

高 茜，李琳娜，于 雪

（咸陽職業(yè)技術學院 醫(yī)藥化工學院，陜西咸陽712000）

乙醇汽油是一種性能良好的環(huán)境友好型燃料，能夠顯著減少汽車發(fā)動機燃燒時排放的主要污染物一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC) 和氮氧化物(NOx)[1]。目前，我國已有多個省份開始使用乙醇汽油燃料，車用乙醇汽油（E10）主要是在常規(guī)汽油燃料的基礎上增添10% 左右體積分數(shù)的變性燃料乙醇，以此有效提升汽油抗爆性指數(shù)，從而降低對辛烷值產(chǎn)生的影響[2]。

在推廣車用乙醇汽油過程中發(fā)現(xiàn)，汽車燃油壓力調(diào)節(jié)器的橡膠膜片、燃油膠管等橡膠制品在乙醇汽油中浸泡體積變化較大，導致材料性能下降，產(chǎn)品使用壽命縮短[3-4]，限制了車用乙醇汽油大規(guī)模的推廣應用。

為提高橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能，具備較好的力學性能和較低的壓縮永久變形。本文主要從原膠、炭黑、增塑劑及硫化體系的類型對膠料在乙醇汽油中的溶脹性能的影響進行了研究。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

丁腈橡膠NBR1051（鎮(zhèn)江南帝化工有限公司）、橡塑合金NV3375（上海集拓橡塑制品有限公司）、橡塑合金NV7050（衡水賽可德）、氧化鋅、硬脂酸、炭黑、防老劑、增塑劑、工藝助劑等，均為橡膠工業(yè)市售品。

1.2 主要儀器與設備

開煉機（XK-160A），上海橡膠機械廠；密煉機（XN-160），大連橡膠機械廠；平板硫化機（QLB-D），江蘇海門縣輕工機械廠；老化箱（401A），上海實驗儀器總廠；電子拉力機（PT-1176P），臺灣寶大國際儀器有限公司；硫化儀（MDR-2000E），無錫蠡園電子化工設備廠；門尼粘度儀（UM-2050），臺灣優(yōu)肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限公司。

2 結果與討論

2.1 原膠種類對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

由于乙醇汽油較普通汽油引入了極性的羥基（-OH），降低了橡膠材料的耐溶脹性。丁腈橡膠因含有強極性的氰基（- CN），賦予了NBR優(yōu)異的耐油能力[5]。選取丙烯腈含量較高的丁腈橡膠NBR1051、丁腈橡膠和PVC共混制備的橡塑合金NV3375 及橡塑合金NV7050 三種原膠，研究其在乙醇汽油E10 中溶脹性能的變化，結果見表1。

表1 原膠種類對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 1 Effect of rubber types on swelling resistance to ethanol gasoline

由表1 可以看出，以橡塑合金NV7050 為原膠的橡膠材料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時對橡膠材料進行力學性能測試的結果表明，橡塑合金NV7050 溶脹后的硬度、扯斷伸長率及扯斷強度變化率均低于NBR1051 和NV3375，呈現(xiàn)了較好的力學穩(wěn)定性，因此選擇橡塑合金NV7050 為原膠的橡膠材料研究其在乙醇汽油E10 的溶脹性能。

2.2 炭黑種類對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

炭黑粒子的結構、粒徑會影響橡膠材料在乙醇汽油中的溶脹性能，本文選用了不同種類的炭黑，研究其對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結果見表2 。

表2 炭黑種類對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 2 Effect of carbon black on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表2 可以看出，隨著炭黑粒徑的減小，結構度增高，膠料在乙醇汽油中的扯斷伸長率及扯斷強度隨之增加，永久變形降低。分析原因認為，炭黑粒徑越小，結構度越高，硫化膠的交聯(lián)密度隨之增加，從而增強了膠料抗油滲透和膨脹的能力。但在膠料加工過程中發(fā)現(xiàn)，高結構度的炭黑會降低膠料的流動性。為改善膠料加工性能，將高結構度炭黑與低結構炭黑進行配比，在保證膠料耐油性的前提前，以期獲得優(yōu)異的物理機械性能和加工性。研究表明，加入N550 與N774 炭黑各40 份的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率較小，且膠料的硬度變化最小，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

2.3 增塑劑類型對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響

增塑劑的加入能夠降低橡膠分子間的作用力，從而降低橡膠的玻璃化溫度，提高橡膠的可塑性、流動性，便于對膠料進行壓延、壓出[6]。選取增塑劑DOP、TOTM 及TP-95，研究其對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結果見表3。

表3 增塑劑對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 3 Effect of plasticizer on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表3 可以看出，加入增塑劑TP-95 的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時膠料的硬度、扯斷伸長率及扯斷強度變化率較小。分析原因認為，增塑劑TP-95 中含有較多極性基團，更能夠阻止乙醇汽油中的醇基向橡膠分子內(nèi)部遷移，從而提高了膠料的耐溶脹性能，因此選擇TP-95 作為適合的增塑劑。

2.4 硫化體系對橡膠材料抗乙醇汽油溶脹性能的影響

選取硫磺、復合及過氧化物硫化體系，研究其對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響，結果見表4。

表4 硫化體系對橡膠材料耐乙醇汽油溶脹性能的影響Table 4 Effect of vulcanization system on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

從表4 可以看出，加入過氧化物硫化體系的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率最小，同時膠料的硬度、扯斷伸長率及扯斷強度變化率較小，永久變形最小，耐乙醇汽油溶脹性能最好。分析原因認為，過氧化物交聯(lián)產(chǎn)生交聯(lián)鍵（-C-O-C-）的鍵能最大，橡膠分子間距最小，能夠有效阻止橡膠內(nèi)外小分子物質(zhì)的遷移，在乙醇汽油中起到較好的抗溶脹作用。

3 結論

（1）因橡塑合金NV7050 在乙醇汽油中溶脹后的硬度、扯斷伸長率及扯斷強度變化率較低，選擇橡塑合金NV7050 作為耐乙醇汽油適合的原膠。

（2）加入N550 與N774 炭黑各40 份的膠料在乙醇汽油E10 中體積及質(zhì)量變化率較小，且膠料的硬度變化最小，表現(xiàn)出較好的力學穩(wěn)定性。

（3）因增塑劑TP-95 中含有較多極性基團，能夠阻止乙醇汽油中的醇基向橡膠分子內(nèi)部遷移，提高膠料的耐溶脹性能。

（4）加入過氧化物硫化體系的膠料在乙醇汽油E10中體積及質(zhì)量變化率最小，同時膠料的硬度、扯斷伸長率及扯斷強度變化率較小，永久變形最小，耐乙醇汽油溶脹性能最好。