丁腈橡胶耐热柴油性能的研究

丁腈橡胶耐热柴油性能的研究

众所周知，丁二烯和丙烯基丙烯基是在乳液或溶液混合后得到的一种高度亲水的知识分子。丁二烯的橡胶基比妥酸二烯基好，因为它的腈基很高，所以很难抗非刚性油或弱刚性油。丁二烯的耐油性最好，其次是聚硫橡胶和氟橡胶。丁二烯基聚吡咯含有丙烯酸二烯基结构，饱和度低，但腈基基的电子吸收能力强。因此，丁二烯基氢原子的耐荫性最好。此外，丁腈橡胶的耐水性优于天然橡胶和丁苯橡胶，最大使用温度可达130至150。1实验部分1.1主要试剂用量丁腈橡胶(NBR),4155,ACN质量分数41%,镇江南帝化工有限公司;丁腈橡胶(NBR),N41,ACN质量分数28%~30%,中国石油兰州石化公司;丁腈橡胶(NBR),1846,ACN质量分数18%,德国朗盛公司;DCP,江苏太仓塑料助剂厂;TAIC和HVA-2,浙江黄岩化工助剂厂;其他配合剂均为橡胶工业常用原材料。1.2平板硫化机、qlb-50dq开炼机,XK-160,无锡市第1橡塑机械有限公司;双层电热平板硫化机,QLB-50D∕Q,无锡市第1橡塑机械有限公司;高低温拉力试验机,AI-7000GD,台湾高铁科技有限公司;无转子硫化仪,GT-M2000A,台湾高铁科技有限公司。1.3硫化特性及试验条件本工作工艺流程为:配料→混炼→停放→测试硫化特性→硫化试片→停放→冲裁试样→性能测试。硫化仪测试条件为175℃×30min。试样硫化条件为175℃×t1.4虾尔a硬度测试硫化特性按GB/T16584-1996测试;拉伸性能按GB/T528-2009测试;邵尔A硬度按GB/T531.1-2008测试;耐油性能按GB/T1690-2010测试,试验介质为0号柴油,试验条件为130℃×30min+140℃×10min+150℃×20min。2结果与讨论2.1硫化胶耐柴油性能硫化体系是影响橡胶力学性能的主要配合因素,丁腈橡胶常用硫化体系有普通硫黄硫化体系CV、有效硫黄硫化体系EV、半有效硫黄硫化体系SEV、过氧化物硫化体系和树脂硫化体系等,不同硫化体系的硫化胶耐热柴油性能见表1。从表1可看出,5种硫化体系的丁腈橡胶硫化胶浸油后的质量变化率都为正值,其中过氧化物硫化体系的质量变化率最小,半有效硫黄硫化体系的最大。5种硫化体系的丁腈橡胶硫化胶硬度变化都为负值,其中过氧化物硫化体系的硬度变化最小,半有效硫黄硫化体系和树脂硫化体系的硬度变化最大。5种硫化体系的硫化胶拉伸强度变化率都为负值,其中过氧化物硫化体系的拉伸强度变化率最小,其次是有效硫黄硫化体系,半有效硫黄硫化体系的变化最大。树脂硫化体系的硫化胶拉断伸长率为正值,其他4种硫化体系的硫化胶拉断伸长率都为负值,其中普通硫黄硫化体系的拉断伸长率变化率最小,其次是过氧化物硫化体系,树脂硫化体系的变化率最大。过氧化物硫化体系的硫化胶耐油系数最接近于1,其次是树脂硫化体系,半有效硫黄硫化体系的差别最大。综合分析,过氧化物硫化体系的硫化胶耐热柴油性能较好。在浸热油过程中,丁腈橡胶存在2种变化,(1)油与胶相互扩散,具体表现为油渗入胶料中和萃取胶料中的可溶性物质(如增塑剂、有机促进剂和防老剂等有机助剂),这个过程若以油渗入胶料为主,表现为胶料变软,硬度和力学强度下降,质量增大,拉断伸长率变化不定;若以萃取胶料中的有机物质为主,表现为胶料变硬,硬度上升,拉断伸长率下降,质量减小,力学强度变化不定。(2)在高温下橡胶结构化的老化,丁腈橡胶的老化主要为结构化的老化,这种变化表现为胶料硬度和力学强度上升,拉断伸长率下降。试验结果表明,在高温柴油中丁腈橡胶的老化以油渗入胶料过程为主。2.2丁腈橡胶浸油前后硬度和耐油系数丙烯腈含量是影响丁腈橡胶性能的重要因素之一,常用的丁腈橡胶丙烯腈质量分数为18%、28%和41%,丙烯腈含量对丁腈橡胶耐热柴油性能的影响测试结果见表2。从表2可看出,随着丙烯腈含量的增大,浸油后的丁腈橡胶硬度变化(绝对值)减小,也就是说,硬度下降程度减小;拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率上升,并从下降渐变为上升(与浸油前相比);质量变化率下降;耐油系数增大。也就是说,丙烯腈含量越高,丁腈橡胶的耐热柴油性能就越好,这与常温下丁腈橡胶中丙烯腈含量对其耐油性能的影响是一致的,这与丁腈橡胶中丙烯腈含量增大,胶料极性和耐热性增大有关。2.3填料浸油前后的性能测定填料在橡胶中可改善胶料的力学性能和加工性能,降低材料成本。本文分别选用白炭黑、滑石粉、陶土、轻钙、氧化镁、氧化锌、炭黑N220、炭黑N770和喷雾炭黑进行对比并测试了NBR的耐热柴油性能,结果见表3。从表3可看出,浸油后滑石粉/丁腈橡胶硬度变化最大,填料分别为白炭黑、陶土和氧化锌的胶料硬度变化较小;氧化锌/丁腈橡胶的拉伸强度变化率最大,喷雾炭黑/丁腈橡胶的拉伸强度变化率最小;白炭黑/丁腈橡胶的拉断伸长率变化率最大,陶土/丁腈橡胶的拉断伸长率变化最小;炭黑N770/丁腈橡胶和氧化锌/丁腈橡胶的质量变化率最大,喷雾炭黑/丁腈橡胶的最小,并且都在8%以内;喷雾炭黑/丁腈橡胶的耐油系数最接近1,并且几种炭黑/丁腈橡胶的耐油系数都高于其他几种填料的硫化胶。综合分析,炭黑/丁腈橡胶的耐热柴油性能较好,其中低活性炭黑/丁腈橡胶的更好一些。2.4nbr耐热柴油性能增塑剂可增大胶料的塑性和流动性,使胶料便于加工,同时还可降低硬度,提高耐寒性;橡胶浸油或介质后增塑剂可能会被抽提或挥发。本文选用DBP、DOP、机油和古马隆4种增塑剂进行对比并测试NBR耐热柴油性能,结果见表4。从表4可看出,浸油后古马隆/丁腈橡胶的硬度变化最大,机油/丁腈橡胶的最小;DBP/丁腈橡胶的拉伸强度变化率最大,古马隆/丁腈橡胶的最小;DBP/丁腈橡胶的拉断伸长率变化率最大,机油/丁腈橡胶的最小;古马龙/丁腈橡胶的质量变化率最大,DOP/丁腈橡胶的最小;DOP/丁腈橡胶的耐油系数最接近1,与DBP/丁腈橡胶的差别最大。综合分析,添加相对分子质量大或固体增塑剂的丁腈橡胶耐热柴油性能较好。2.5不同防老剂家香粉电路后耐热柴油性测试防老剂可提高橡胶的耐热老化性,不同防老机理的防老剂并用可产生协同效应。本试验选用防老剂A、防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂264、防老剂MB单用和防老剂MB/防老剂4010NA、防老剂264/防老剂4010NA、防老剂RD/防老剂4010NA并用进行了对比并测试了耐热柴油性,结果见表5。从表5可看出,浸油后防老剂MB/防老剂4010NA并用的丁腈橡胶硬度变化最大,防老剂RD/丁腈橡胶硬度变化最小;防老剂A/丁腈橡胶拉伸强度变化率最大,防老剂MB/防老剂4010NA并用的丁腈橡胶拉伸强度变化率最小;防老剂A/丁腈橡胶拉断伸长率变化率最大,防老剂RD/防老剂4010NA并用的丁腈橡胶拉断伸长率变化率最小;防老剂246/防老剂4010NA并用的质量变化率最大,防老剂MB/丁腈橡胶的最小;防老剂RD/丁腈橡胶耐油系数最接近1。综合分析,不同类型的防老剂并用均对丁腈橡胶耐热柴油性能有益。2.6nbr耐热柴油性能测试由于单用过氧化物硫化的丁腈橡胶撕裂强度和拉断伸长率均较低,为了改善性能通常需添加硫化助剂,丁腈橡胶采用过氧化物硫化体系时的常用硫化助剂有HVA-2、S和TAIC,本试验测试的NBR耐热柴油性能结果见表6。从表6可看出,浸油后硫化助剂为HVA-2的丁腈橡胶硬度变化最大,硫化助剂为TAIC的丁腈橡胶硬度变化最小;硫化助剂为TAIC的丁腈橡胶拉伸强度变化率最大,硫化助剂为S的丁腈橡胶拉伸强度变化率最小;硫化助剂为TAIC的丁腈橡胶拉断伸长率变化率最大,硫化助剂为S的丁腈橡胶拉断伸长率变化率最小;硫化助剂为S的丁腈橡胶质量变化率最大,HVA-2的最小;硫化助剂为S的丁腈橡胶耐油系数最接近1。综合来看,硫化助剂为硫黄的丁腈橡胶耐热柴油性能较好,HVA-2的次之,TAIC的较差。2.7耐热助剂的选择丁腈橡胶常用耐热助剂有甲基丙烯酸镁和甲基丙烯酸锌,本试验测试的耐热柴油性能见表7。从表7可看出,浸油后耐热助剂为甲基丙烯酸锌的丁腈橡胶硬度变化最小,空白样的硬度变化最大;耐热助剂为甲基丙烯酸镁的丁腈橡胶拉伸强度变化率最大,空白样的最小;耐热助剂为甲基丙烯酸锌的丁腈橡胶拉断伸长率变化率最小,耐热助剂为甲基丙烯酸镁的丁腈橡胶拉断伸长率变化率最大;加入甲基丙烯酸锌的丁腈橡胶质量变化率最大,空白样的最小,但三者的差别不是很大;耐热助剂为甲基丙烯酸锌的丁腈橡胶耐油系数最接近1。综合分析可知,2种耐热助剂均能提高丁腈橡胶的耐热柴油性能。3不同种类助剂对nbr耐热柴油性能的影响(1)过氧化物硫化体系的丁腈橡胶耐热柴油性能相对较好。(2)丙烯腈含量