馮芝娟，王詩凝，程 超，勞俊杰，肖建斌

(1.青島科技大學(xué) 橡塑材料與工程教育部重點實驗室,山東 青島 266042；2.諾斯石油工具(天津)有限公司，天津 300451 )

熱塑性硫化橡膠是熱塑性彈性體由完全硫化的橡膠相分散于連續(xù)的熱塑性樹脂相而成，兼具傳統(tǒng)橡膠的高彈性能和樹脂的熱塑加工性能，可使用傳統(tǒng)的熱塑性塑料加工設(shè)備和加工方法，如壓延、注射、吹塑等加工方法[1]。因此熱塑性硫化橡膠不僅能滿足人們所需要的性能要求，而且對于節(jié)約能源、簡化生產(chǎn)工藝、提高經(jīng)濟效益、降低勞動強度，特別是對于環(huán)境保護也起到了積極而有效的作用[2-3]。

丁腈橡膠(NBR)和熱塑性聚酯彈性體(TPEE)均為極性聚合物，且具有相近的溶解度參數(shù)，具有較好的相容性。通過NBR和TPEE并用，采用動態(tài)硫化方法制備的熱塑性硫化橡膠具有較高的耐油性、拉伸強度和耐低溫性能[4-5]。本文主要研究加入不同用量的硫化劑過氧化二異丙苯(DCP)對NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠的性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料

NBR：Nancar1052，丙烯腈質(zhì)量分數(shù)為33%，臺灣南帝公司；TPEE：3511，上海陽初化工有限公司；DCP：廣州金昌盛科技有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

密煉機：XSS-300，上海科創(chuàng)橡塑機械設(shè)備有限公司；開煉機：X(S)K-160，上海雙翼橡塑機械有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀：GT-M2000-A，臺灣高鐵科技股份有限公司；電子拉力機：AI-7000S，臺灣高鐵公司；電熱式平板硫化機：HS100T-FTMO-90，佳鑫電子設(shè)備科技有限公司；邵爾A型橡膠硬度計：營口試驗機廠；老化箱：GT-7O17-M，臺灣高鐵科技股份有限公司；電子分析天平：BS224S，Max220 g，d=0.01 g，北京多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 實驗配方

實驗配方見表1。

表1 基礎(chǔ)配方(質(zhì)量份)

1.4 試樣制備

先將TPEE放在100 ℃的烘箱里烘4 h后取出；然后將密煉機設(shè)定為170 ℃，先加入TPEE，6 min后加入NBR混煉膠，待轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定后加入DCP，混煉20 min左右排料。將排出的膠料在170 ℃高溫開煉機上下片。用25t平板硫化機在170 ℃、10MPa條件下壓片，壓片前預(yù)熱10 min，壓片5 min，冷壓3 min。二次加工工藝為：密煉機設(shè)定溫度160 ℃，將膠料混煉4 min,下片和壓片工藝同上。

2 結(jié)果與討論

2.1 DCP用量對NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠加工性能的影響

膠料在密煉機加工過程中的轉(zhuǎn)矩變化如圖1所示。

時間/s

從圖1可以看出，在加入DCP量為1.0份前，隨著DCP用量的增加膠料轉(zhuǎn)矩不斷增加，流動性降低，可加工性能降低；而加入DCP用量為1.2份的膠料小于加入量為1.0份的膠料。在DCP用量為1.0份之前，轉(zhuǎn)矩隨著DCP用量增加而增大，因為硫化劑用量增加，膠料的交聯(lián)密度增加，橡膠分子間交聯(lián)鍵增多，分子間的作用力增大，導(dǎo)致膠料的粘度增大，轉(zhuǎn)矩增大。DCP用量為1.2時膠料的轉(zhuǎn)矩反而小于用量為1.0份時的轉(zhuǎn)矩，其原因是硫化劑用量過多，交聯(lián)密度過大，膠料在密煉機轉(zhuǎn)子強的剪切作用下剪切破碎，使得膠料的轉(zhuǎn)矩減小。

2.2 DCP用量對NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠力學(xué)性能的影響

不同DCP用量的NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠力學(xué)性能如表2所示。

表2 NBR/ TPEE熱塑性硫化橡膠力學(xué)性能

從表2可以看出，隨著加入DCP質(zhì)量份數(shù)增加，熱塑性硫化橡膠的拉伸強度先增大后降低，在DCP用量為0.4份時，拉伸強度達到較佳的數(shù)值；扯斷伸長率隨著DCP用量的增加而降低；100%定伸應(yīng)力隨著DCP用量的增大而增大，但是在DCP用量達到1.0份時，膠料的硬度隨著DCP用量的增加而增大。

2.3 DCP用量對NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠壓縮永久變形的影響

加入不同用量硫化劑DCP的NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠的壓縮永久變形曲線如圖2所示。

DCP用量/份

壓縮永久變形條件為100 ℃×24 h，壓縮永久變形率為25%。從圖2可以看出，隨著硫化劑DCP用量的增加，壓縮永久變形變化率降低，變化速度先快后慢。壓縮永久變形是橡膠回彈性能的一個重要表征，因為開始DCP的加入量較少，分子鏈的交聯(lián)密度比較低，易在力場的作用下產(chǎn)生分子鏈間的相對移動，形成不可逆形變，此時彈性較差。交聯(lián)劑用量繼續(xù)增加，交聯(lián)過度又會因分子鏈活動受阻，使彈性增大，所以，硫化劑加入量超過0.8份，壓縮永久變形變化率降低。當硫化劑DCP加入量超過0.8份時，壓縮永久變形變化率緩慢降低，因為硫化劑用量增加，膠料的交聯(lián)密度增大，材料的硬度增大，耐蠕變性能增加，當增大到一定程度，壓縮永久變化率變化緩慢。因此，適度的交聯(lián)有利于提高材料的彈性，降低其壓縮永久變形。

2.4 DCP用量對NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠耐油性能的影響

NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠的耐油性能如圖3所示。

DCP用量/份(a) ASTM1#標準油

DCP用量/份(b) ASTM3#標準油

由圖3可以看出，隨著硫化劑DCP用量的增加，NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠在ASTM1#和ASTM3#標準油中體積變化率和質(zhì)量變化率降低，說明硫化劑DCP用量的增加使材料的耐油性能提高。因為硫化劑DCP用量增加使得膠料分子鏈間交聯(lián)鍵的數(shù)目增多，交聯(lián)密度增大。這樣分子間作用力增大，分子運動的自由體積減小，限制了油分子向膠料內(nèi)部滲透，膠料在油的環(huán)境中不容易溶脹。

2.5 NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠一次加工和二次加工力學(xué)性能對比

加入不同用量硫化劑DCP的NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠力學(xué)性能如圖4所示。

DCP用量/份(a)

DCP用量/份(b)

從圖4可以看出，一次加工熱塑性硫化橡膠的拉伸強度和扯斷伸長率都略高于二次加工的熱塑性硫化橡膠，但是差別不是很大，仍具有一定的強度，可以繼續(xù)使用。因此可知，NBR/TPEE熱塑性硫化橡膠具有可重復(fù)利用的性能，對于節(jié)約能源、簡化生產(chǎn)工藝、提高經(jīng)濟效益、降低勞動強度，特別是對于環(huán)境保護也起到了積極而有效的作用。

3 結(jié) 論

(1) 用交聯(lián)劑DCP制備NBR/TPEE的熱塑性硫化橡膠，隨著DCP用量的增大,膠料在密煉機中的轉(zhuǎn)矩不斷上升，但當加入DCP的用量超過1.0份時，硫化膠料在密煉機里難以剪切破碎，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩反而減小。

(2) 隨著DCP加入量的增加，熱塑性硫化橡膠的拉伸強度先增大后降低，100%定伸應(yīng)力、硬度增大，壓縮永久變形變化率降低，耐油性能提高。

(3) 用交聯(lián)劑DCP一次加工熱塑性硫化橡膠的拉伸強度和扯斷伸長率都略高于二次加工的熱塑性硫化橡膠，但仍具有一定的強度，可以繼續(xù)使用。

參 考 文 獻：

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