硫化體系對(duì)氫化丁腈橡膠性能的影響
氫化丁腈橡膠(HNBR)是一種高飽和橡膠，分子鏈中含有丙烯腈、氫化的丁二烯及少量丁二烯鏈段。HNBR分子鏈的獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)良的耐油、耐磨耗、耐高溫、耐氧化等性能，且HNBR具有良好的工藝性能，在航空、汽車等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。本工作研究硫化體系對(duì)HNBR性能的影響。
1實(shí)驗(yàn)
1.1原材料
HNBR，牌號(hào)A3406，氫化度為99%，德國(guó)拜耳公司產(chǎn)品；其它原材料均為市售工業(yè)品。
1.2試驗(yàn)配方
試驗(yàn)配方如表1所示。
表1 試驗(yàn)配方
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組分 |
配方編號(hào) |
|||||
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1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
|
|
硫黃 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
硫化劑DCP |
0 |
5 |
3 |
5 |
7 |
9 |
|
促進(jìn)劑 |
2 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
氧化鋅 |
5 |
0 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
硬脂酸 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
注：其它組分為HNBR100，炭黑60，軟化劑5。
1.3試驗(yàn)設(shè)備與儀器
XK-150型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；QLB600×600型平板硫化機(jī)，浙江湖州和孚橡機(jī)廠產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；MH-74型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，上海中藝機(jī)器廠產(chǎn)品；ZMGi擺錘拉力機(jī)，德國(guó)產(chǎn)品；401型老化試驗(yàn)箱，上海**五金廠產(chǎn)品；P3555B型盤式硫化儀，北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠產(chǎn)品。
1.4試樣制備
膠料按常規(guī)工藝在開煉機(jī)上混煉，開煉機(jī)輥溫40-50℃，混煉膠停放8h以上返煉，裁片后在硫化機(jī)上硫化，硫化條件為153℃×25min。
1.5性能測(cè)試
膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
2結(jié)果與討論
2.1硫化體系類型的影響
采用硫黃、過氧化物和硫黃/過氧化物硫化體系的HNBR膠料性能如表2所示。
表2 硫化體系類型對(duì)HNBR膠料性能的影響
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項(xiàng)目 |
配方編號(hào) |
||
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1# |
2# |
3# |
|
|
硫化儀數(shù)據(jù)(153℃) |
|
|
|
|
t10/min |
5.15 |
1.85 |
3.55 |
|
t90/min |
21.42 |
19.42 |
18.80 |
|
邵爾A型硬度/度 |
78 |
75 |
75 |
|
300%定伸應(yīng)力/MPa |
8.5 |
- |
12.6 |
|
拉斷強(qiáng)度/MPa |
15.3 |
25.0 |
22.3 |
|
拉斷伸長(zhǎng)率/% |
616 |
220 |
664 |
|
拉斷長(zhǎng)久變形/% |
56 |
6 |
24 |
|
撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1) |
91 |
50 |
83 |
從表2可以看出，與采用硫黃和過氧化物硫化體系的膠料相比，采用硫黃/過氧化物硫化體系的膠料焦燒時(shí)間居中，正硫化時(shí)間較短。分析原因認(rèn)為，由于HNBR主鏈中雙鍵較少，因此采用硫黃硫化體系，焦燒時(shí)間長(zhǎng)，硫化速度慢，而采用過氧化物硫化體系，焦燒時(shí)間較短，硫化速度較快；采用硫黃/過氧化物硫化體系的膠料在硫化反應(yīng)初期，由于酸性物質(zhì)(硬脂酸)的干擾，使過氧化物產(chǎn)生的自由基鈍化，焦燒時(shí)間較長(zhǎng)；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，過氧化物產(chǎn)生的自由基數(shù)量和活性增大，加上硫黃的作用使硫化速度加快。
從表2還可以看出，與采用硫黃和過氧化物硫化體系的膠料相比，采用硫黃/過氧化物硫化體系的膠料綜合物理性能較好。分析原因認(rèn)為，采用硫黃/過氧化物硫化體系的膠料中不僅有碳-碳交聯(lián)鍵，還存在硫鍵，在受到拉伸時(shí)，鍵能較大的碳-碳交聯(lián)鍵首先承受應(yīng)力，并在低伸長(zhǎng)狀態(tài)下斷裂，此時(shí)由于硫鍵的應(yīng)力疏導(dǎo)和互換重排特性，使應(yīng)力均勻分散，從而維持膠料高伸長(zhǎng)狀態(tài)，膠料具有良好的強(qiáng)伸性能。由此可見，HNBR采用硫黃/過氧化物硫化體系較為合適。
2.2硫黃/過氧化物硫化體系中硫化劑DCP用量的影響
硫黃/過氧化物硫化體系中硫化劑DCP的用量對(duì)HNBR膠料性能的影響如表3所示。
表3 硫化劑DCP用量對(duì)HNBR膠料性能的影響
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項(xiàng)目 |
配方編號(hào) |
|||
|
硫化儀數(shù)據(jù)(153℃) |
3# |
4# |
5# |
6# |
|
t10/min |
3.55 |
3.57 |
2.82 |
2.72 |
|
t90/min |
18.80 |
17.47 |
18.52 |
18.55 |
|
邵爾A型硬度/度 |
75 |
76 |
73 |
72 |
|
300%定伸應(yīng)力/MPa |
12.6 |
18.1 |
19.5 |
23.9 |
|
拉斷強(qiáng)度/MPa |
22.3 |
22.6 |
27.2 |
28.0 |
|
拉斷伸長(zhǎng)率/% |
664 |
509 |
464 |
378 |
|
拉斷長(zhǎng)久變形/% |
24 |
18 |
10 |
6 |
|
撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1) |
83 |
70 |
67 |
63 |
|
阿克隆磨耗量/cm3 |
0.038 |
0.046 |
0.051 |
0.050 |
|
剝離粘合強(qiáng)度/(kN·m-1) |
18.6 |
27.4 |
27.7 |
26.7 |
|
150℃×48h熱空氣老化后 |
|
|
|
|
|
拉斷強(qiáng)度/MPa |
27.2 |
28.1 |
30.6 |
30.1 |
|
拉斷伸長(zhǎng)率/% |
295 |
214 |
254 |
233 |
從表3可以看出，隨著硫化劑DCP用量增大，膠料焦燒時(shí)間縮短，正硫化時(shí)間變化不大(4#配方除外)；300%定伸應(yīng)力和拉斷強(qiáng)度增大，拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷長(zhǎng)久變形和撕裂強(qiáng)度減小。此外，當(dāng)硫化劑DCP用量超過3份時(shí)，HNBR與金屬的粘合性能較好。總體來說，硫化劑DCP用量為5-7份時(shí)，膠料的綜合性能較好。
3結(jié)論
HNBR采用硫黃/過氧化物硫化體系較為合適。硫黃/過氧化物硫化體系中，硫化劑DCP用量為5-7份時(shí)，HNBR綜合性能較好
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