增塑劑對(duì)氫化丁腈橡膠性能的影響

張清紅，錢文皎，辛麗紅，詹正云

[贊南科技（上海）有限公司，上海 201100]

通過氫化作用使丁腈橡膠（NBR）分子鏈中聚丁二烯鏈節(jié)上的雙鍵達(dá)到飽和，從而得到高性能的氫化丁腈橡膠（HNBR）。HNBR的飽和結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的耐熱、耐臭氧、耐氧化性能及彈性和化學(xué)穩(wěn)定性等[1]。HNBR被廣泛應(yīng)用于各種高溫、耐油環(huán)境中，成為近年來汽車工業(yè)著重推廣應(yīng)用的橡膠材料。增塑劑是一種可以提高彈性體、塑料和樹脂等材料的加工性能和可塑性，同時(shí)能夠降低材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的物質(zhì)，用于橡膠中不僅能夠提高膠料的可塑性、流動(dòng)性和粘合性，便于成型加工，且有助于粉末狀配合劑的分散，縮短膠料混煉時(shí)間并降低能耗[2-4]。

本工作采用國(guó)產(chǎn)HNBR中耐低溫性能較好的牌號(hào)ZN28255為基體材料，探討不同增塑劑對(duì)HNBR膠料性能的影響，為HNBR膠料配方設(shè)計(jì)提供一定參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

HNBR，牌號(hào)ZN28255，丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.28，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為50，飽和度為90%，贊南科技（上海）有限公司產(chǎn)品；增塑劑TP-90B（烷基聚醚）、TP-95（己二酸烷基醚酯）和TP-759（聚酯、聚醚混合型），美國(guó)羅門哈斯公司產(chǎn)品；增塑劑DTDA（己二酸二異十三烷基酯），?？松梨诨び邢薰井a(chǎn)品；增塑劑RS-107（聚酯），日本艾迪科株式會(huì)社產(chǎn)品；增塑劑TOTM（偏苯三酸三辛酯），江蘇森迪化工科技有限公司產(chǎn)品；硫化劑F-40，法國(guó)阿科瑪公司產(chǎn)品。

1.2 配方

HNBR 100，炭黑N550 50，氧化鋅 5，防老劑445 1.5，硫化劑F-40 10，交聯(lián)劑TAIC 2，增塑劑（變品種） 10。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK160型雙輥開煉機(jī)，威福興機(jī)械（上海）有限公司產(chǎn)品；400×400型雙層自動(dòng)硫化機(jī)，揚(yáng)州昌隆試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；M2000AN型無轉(zhuǎn)子硫化儀和TCS-2000型萬能電子拉力試驗(yàn)機(jī)，高特威爾檢測(cè)儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；鼓風(fēng)老化箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料按照常規(guī)混煉工藝在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，混煉膠停放12 h后用硫化儀測(cè)定硫化特性。采用平板硫化機(jī)對(duì)膠料進(jìn)行一段硫化，硫化條件為170 ℃×t90,然后在電熱鼓風(fēng)恒溫箱中進(jìn)行二段硫化，硫化條件為150 ℃×4 h。

1.5 性能測(cè)試

硫化特性按照GB/T 16584—1996進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)溫度為170 ℃。拉伸性能采用電子拉力試驗(yàn)機(jī)按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)試，拉伸速度為500 mm·min-1，試驗(yàn)溫度為室溫。耐熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2014進(jìn)行測(cè)試，老化條件為150 ℃×72 h。壓縮永久變形按照GB/T 7759.1—2015進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度為150 ℃，壓縮率為25%，試樣規(guī)格為Ф25 mm×12.5 mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

增塑劑對(duì)HNBR膠料硫化特性的影響見表1。

從表1可以看出，添加增塑劑RS-107的HNBR膠料FL較低，添加增塑劑DTDA和TOTM的HNBR膠料Fmax和Fmax－FL較高。Fmax－FL可以表征膠料交聯(lián)程度，說明添加增塑劑DTDA和TOTM的HNBR膠料的交聯(lián)程度明顯大于添加其他4種增塑劑的膠料。添加不同增塑劑的HNBR膠料的t10和t90相差不大，其中添加增塑劑TOTM的HNBR膠料的t10和t90相對(duì)較長(zhǎng)，硫化速度較慢。

表1 增塑劑對(duì)HNBR膠料硫化特性的影響

2.2 物理性能

增塑劑對(duì)HNBR硫化膠物理性能的影響見表2。

從表2可以看出：不同增塑劑對(duì)HNBR硫化膠的硬度和拉伸強(qiáng)度影響不明顯，對(duì)100%定伸應(yīng)力和拉斷伸長(zhǎng)率影響較大，添加增塑劑TP-759、DTDA和TOTM的硫化膠的100%定伸應(yīng)力相對(duì)較高，拉斷伸長(zhǎng)率相對(duì)較低；熱空氣老化后，添加增塑劑TOTM和TP-759的硫化膠硬度變化較小，二者拉伸強(qiáng)度變化率和拉斷伸長(zhǎng)率變化率差異不大；添加增塑劑TOTM的硫化膠的壓縮永久變形較小，添加增塑劑DTDA的硫化膠略大，添加其他4種增塑劑的硫化膠較大。綜合分析，添加增塑劑DTDA和TOTM的硫化膠物理性能較優(yōu)。

表2 增塑劑對(duì)HNBR硫化膠物理性能的影響

2.3 耐低溫性能

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度一定程度上可以客觀反映出材料的耐低溫性能。本試驗(yàn)中，添加增塑劑TP-90B，TP-95，TP-759，DTDA，RS-107和TOTM的硫化膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別為－48.9，－46.0，－50.1，－44.0，－45.8，－42.8 ℃?？梢钥闯?，添加增塑劑TP-759和TP-90B的硫化膠耐低溫性能較優(yōu)，這是因?yàn)門P-759為聚酯/聚醚混合型增塑劑，具有優(yōu)異的耐高溫及低溫性能的平衡性[5]。在配方設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)不同的技術(shù)指標(biāo)要求選擇相應(yīng)的增塑劑。

2.4 耐油性能

作為耐油材料，HNBR的耐油性能是重要考察因素之一。橡膠材料在介質(zhì)中浸泡后會(huì)收縮或者膨脹而引起性能的變化，不同產(chǎn)品對(duì)材料耐油性能要求不同。增塑劑對(duì)HNBR硫化膠耐油性能的影響見表3。

從表3可以看出，添加6種增塑劑的HNBR硫化膠在901#油中浸泡后，硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率變化相差不大，添加聚醚、聚酯類增塑劑TP-90B，TP-759，TP-95和RS-107的HNBR硫化膠在901#油中浸泡后體積收縮率較小，這可能是因?yàn)榇祟愒鏊軇┦怯啥嘣崤c多元醇聚合形成的大相對(duì)分子質(zhì)量材料，其特點(diǎn)是揮發(fā)性超低和耐抽出性較好[6]。在903#油中浸泡后，添加增塑劑DTDA和TOTM的HNBR硫化膠體積膨脹率相對(duì)較小，但其在901#油中浸泡后體積收縮率較大。

表3 增塑劑對(duì)HNBR硫化膠耐油性能的影響

3 結(jié)論

（1）添加增塑劑TOTM的HNBR膠料的硫化速度較慢，其硫化膠具有優(yōu)異的抗壓縮永久變形和耐熱老化性能。

（2）添加增塑劑TP-759的HNBR硫化膠同時(shí)具有較好的耐低溫和耐熱老化性能。

（3）添加聚醚、聚酯類增塑劑TP-90B，TP-759，TP-95和RS-107的HNBR硫化膠在901#油中具有較好的耐抽出性；添加增塑劑DTDA和TOTM的HNBR硫化膠在903#油中具有較好的耐體積膨脹性。