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配合剂对NBR硫化胶性能的影响 - 无图版
liu730320 --- 2007-06-08 22:40:31
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配合剂对NBR硫化胶性能的影响
NBR因分子链上有较强极性的氰基而成为极性橡胶，在非极性和弱极性油类中基本不溶胀，耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，因此广泛用于耐油密封制品。而有些常用的耐油密封制品则要求具有较高的硬度和强伸性能。本工作研究促进剂和炭黑对NBR硫化胶性能的影响。
l 实验
1.1 原材料
NBR，牌号26，俄罗斯产品；炭黑N330和N770，上海炭黑厂产品；炭黑N660，滕州第三化工厂产品；喷雾炭黑，抚顺炭黑股份有限公司产品；其它原材料均为工业品。
1.2 基本配方
NBR 100，氧化锌 5，硬脂酸 1，硫磺 O．3，防老剂RD 1.5，防老剂MB 1。
1.3 试样制备
为减小试验误差，按基本配方预先制成母炼胶，再按配方种类均分后分别加入促进剂和炭黑。试样用25 t平板硫化机模压而成，硫化温度为150℃，硫化压力(表压)为12 MPa，正硫化点用GK一Ⅲ型硫化仪测定。
1.4 性能测试
硫化胶性能按相应的国家标准进行测定。
2 结果与讨论
2.1 促进剂的影响
2.1.1 促进剂品种
促进剂品种对NBR硫化胶性能的影响如表1所示。
从表1可以看出，与促进剂CZ和DM相比，含促进剂TMTD硫化胶的300％定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐油性能均有较大提高，而硬度变化不大。这也正说明了促进剂TMTD的硫化活性较大，而CZ和DM均为中等活性的促进剂。因此，促进剂宜采用TMTD。
表l促进剂品种对NBR硫化胶性能的影响
项目 促进剂品种
CZ DM TMTD
邵尔A型硬度/度300％定伸应力/MPa拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 撕裂强度/（kN·m-1）30#机油浸泡后1) 体积变化率/％ 631.997.41108264343.74 632.329.12114592341.15 646.1815.8565112390.85
注：1)浸泡条件为70℃×24 h。炭黑N770用量为30份，促进剂用量均为1.2份。
2.1.2 促进剂TMTD用量
促进剂TMTD用量对NBR硫化胶性能的影响如表2所示。
表2促进剂TMTD用量对NBR硫化胶性能的影响
项目 促进剂TMTD用量/份
1 1.2 1.5
邵尔A型硬度/度300％定伸应力/MPa拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 撕裂强度/（kN·m-1）30#机油浸泡后1) 体积变化率/％ 635.1714.2367016370.9 646.1815.8565112390.85 638.9815.875438371.48
注：1）浸泡条件为70℃×24h。炭黑N770用量为30份。
从表2可以看出，随着促进剂TMTD用量的增大，NBR硫化胶的300％定伸应力和拉伸强度逐渐增大，拉断伸长率和拉断永久变形逐渐减小。当促进剂TMTD用量为1.2份时，NBR硫化胶的邵尔A型硬度和撕裂强度最大，耐油性能最好。这是由于促进剂TMTD属超促进剂，主要起硫给予体的作用，加热至100℃以上时即缓慢分解析出游离硫，因此其活性较高，对交联程度的影响较大。随着促进剂TMTD用量的增大，交联程度提高，硫化胶变脆，弹性下降。因此，促进剂TMTD的最佳用量为1.2份。
2.2 炭黑的影响
2.2.1 炭黑品种
炭黑品种对NBR硫化胶性能的影响如表3所示。
表3炭黑品种对NBR硫化胶性能的影响
项目 炭黑品种
N330 N660 N770 喷薄炭黑
邵尔A型硬度/度拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 压缩永久变形1)/％ 7819.3722446 7218.5431966 6110.0743266 6510.6034067
注：1）试验条件为100℃×24h，压缩率15％。促进剂TMTD用量为1.5份，炭黑用量均为75份。
从表3可以看出，与炭黑N660、N770和喷雾炭黑相比，填充炭黑N330的硫化胶的硬度和拉伸强度较大，而拉断伸长率、拉断永久变形和压缩永久变形较小。因此，炭黑宜采用N330。
分析原因认为，炭黑在胶料中的补强效果与其粒径和结构性有关。炭黑粒子越细，补强性能越好；结构越高，填充硫化胶的硬度越大，拉断伸长率越小[1]。因此，粒子较细、结构较高的硬质补强型炭黑N330的硬度比粒径较大、结构较低的半硬质半补强型炭黑N660和N770高，拉伸强度大，但拉断伸长率较小。
2.2.2炭黑N330用量
炭黑N330用量对NBR硫化胶性能的影响如表4所示。
表4炭黑N330用量对NBR硫化胶性能的影响
项目 炭黑N330用量/份
25 50 75
邵尔A型硬度／度拉伸强度／MPa拉断伸长率／％拉断永久变形／％压缩永久变形1)／％ 506.8734149 6316.0634057 7819.3722446
注：1)试验条件为100℃×24 h。压缩率15％。促进剂TMTD用量为1.5份。
从表4可以看出，随着炭黑N330用量的增大，NBR硫化胶的邵尔A型硬度和拉伸强度逐渐增大，拉断伸长率和压缩永久变形逐渐减小。若再增大炭黑N330用量，硫化胶的物理性能变化趋势不变。考虑到胶料的工艺性能，认为炭黑N330的用量以75份为宜。
3 结论
(1)与促进剂CZ和DM相比，促进剂TMTD的NBR硫化胶的300％定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐油性能较高，而硬度变化不大；促进剂TMTD的最佳用量为1.2份。
(2)与炭黑N660、N770和喷雾炭黑相比，填充炭黑N330的NBR硫化胶的硬度和拉伸强度较大，而拉断伸长率、拉断永久变形和压缩永久变形较小；炭黑N330的用量以75份为宜。
NBR因分子链上有较强极性的氰基而成为极性橡胶，在非极性和弱极性油类中基本不溶胀，耐油性仅次于聚硫橡胶和氟橡胶，因此广泛用于耐油密封制品。而有些常用的耐油密封制品则要求具有较高的硬度和强伸性能。本工作研究促进剂和炭黑对NBR硫化胶性能的影响。
l 实验
1.1 原材料
NBR，牌号26，俄罗斯产品；炭黑N330和N770，上海炭黑厂产品；炭黑N660，滕州第三化工厂产品；喷雾炭黑，抚顺炭黑股份有限公司产品；其它原材料均为工业品。
1.2 基本配方
NBR 100，氧化锌 5，硬脂酸 1，硫磺 O．3，防老剂RD 1.5，防老剂MB 1。
1.3 试样制备
为减小试验误差，按基本配方预先制成母炼胶，再按配方种类均分后分别加入促进剂和炭黑。试样用25 t平板硫化机模压而成，硫化温度为150℃，硫化压力(表压)为12 MPa，正硫化点用GK一Ⅲ型硫化仪测定。
1.4 性能测试
硫化胶性能按相应的国家标准进行测定。
2 结果与讨论
2.1 促进剂的影响
2.1.1 促进剂品种
促进剂品种对NBR硫化胶性能的影响如表1所示。
从表1可以看出，与促进剂CZ和DM相比，含促进剂TMTD硫化胶的300％定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐油性能均有较大提高，而硬度变化不大。这也正说明了促进剂TMTD的硫化活性较大，而CZ和DM均为中等活性的促进剂。因此，促进剂宜采用TMTD。
表l促进剂品种对NBR硫化胶性能的影响
项目 促进剂品种
CZ DM TMTD
邵尔A型硬度/度300％定伸应力/MPa拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 撕裂强度/（kN·m-1）30#机油浸泡后1) 体积变化率/％ 631.997.41108264343.74 632.329.12114592341.15 646.1815.8565112390.85
注：1)浸泡条件为70℃×24 h。炭黑N770用量为30份，促进剂用量均为1.2份。
2.1.2 促进剂TMTD用量
促进剂TMTD用量对NBR硫化胶性能的影响如表2所示。
表2促进剂TMTD用量对NBR硫化胶性能的影响
项目 促进剂TMTD用量/份
1 1.2 1.5
邵尔A型硬度/度300％定伸应力/MPa拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 撕裂强度/（kN·m-1）30#机油浸泡后1) 体积变化率/％ 635.1714.2367016370.9 646.1815.8565112390.85 638.9815.875438371.48
注：1）浸泡条件为70℃×24h。炭黑N770用量为30份。
从表2可以看出，随着促进剂TMTD用量的增大，NBR硫化胶的300％定伸应力和拉伸强度逐渐增大，拉断伸长率和拉断永久变形逐渐减小。当促进剂TMTD用量为1.2份时，NBR硫化胶的邵尔A型硬度和撕裂强度最大，耐油性能最好。这是由于促进剂TMTD属超促进剂，主要起硫给予体的作用，加热至100℃以上时即缓慢分解析出游离硫，因此其活性较高，对交联程度的影响较大。随着促进剂TMTD用量的增大，交联程度提高，硫化胶变脆，弹性下降。因此，促进剂TMTD的最佳用量为1.2份。
2.2 炭黑的影响
2.2.1 炭黑品种
炭黑品种对NBR硫化胶性能的影响如表3所示。
表3炭黑品种对NBR硫化胶性能的影响
项目 炭黑品种
N330 N660 N770 喷薄炭黑
邵尔A型硬度/度拉伸强度/ MPa 拉断伸长率/％ 拉断永久变形/％ 压缩永久变形1)/％ 7819.3722446 7218.5431966 6110.0743266 6510.6034067
注：1）试验条件为100℃×24h，压缩率15％。促进剂TMTD用量为1.5份，炭黑用量均为75份。
从表3可以看出，与炭黑N660、N770和喷雾炭黑相比，填充炭黑N330的硫化胶的硬度和拉伸强度较大，而拉断伸长率、拉断永久变形和压缩永久变形较小。因此，炭黑宜采用N330。
分析原因认为，炭黑在胶料中的补强效果与其粒径和结构性有关。炭黑粒子越细，补强性能越好；结构越高，填充硫化胶的硬度越大，拉断伸长率越小[1]。因此，粒子较细、结构较高的硬质补强型炭黑N330的硬度比粒径较大、结构较低的半硬质半补强型炭黑N660和N770高，拉伸强度大，但拉断伸长率较小。
2.2.2炭黑N330用量
炭黑N330用量对NBR硫化胶性能的影响如表4所示。
表4炭黑N330用量对NBR硫化胶性能的影响
项目 炭黑N330用量/份
25 50 75
邵尔A型硬度／度拉伸强度／MPa拉断伸长率／％拉断永久变形／％压缩永久变形1)／％ 506.8734149 6316.0634057 7819.3722446
注：1)试验条件为100℃×24 h。压缩率15％。促进剂TMTD用量为1.5份。
从表4可以看出，随着炭黑N330用量的增大，NBR硫化胶的邵尔A型硬度和拉伸强度逐渐增大，拉断伸长率和压缩永久变形逐渐减小。若再增大炭黑N330用量，硫化胶的物理性能变化趋势不变。考虑到胶料的工艺性能，认为炭黑N330的用量以75份为宜。
3 结论
(1)与促进剂CZ和DM相比，促进剂TMTD的NBR硫化胶的300％定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和耐油性能较高，而硬度变化不大；促进剂TMTD的最佳用量为1.2份。
(2)与炭黑N660、N770和喷雾炭黑相比，填充炭黑N330的NBR硫化胶的硬度和拉伸强度较大，而拉断伸长率、拉断永久变形和压缩永久变形较小；炭黑N330的用量以75份为宜。