代高峰，劉民英，黃環(huán)宇

（1.鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南 登封 452483; 2.鄭州大學(xué), 河南 鄭州 450001）

納米高嶺土對(duì)BIMSM硫化膠氣密性的影響

代高峰1,2，劉民英2，黃環(huán)宇1

（1.鄭州翱翔醫(yī)藥科技股份有限公司，河南 登封 452483; 2.鄭州大學(xué), 河南 鄭州 450001）

主要研究了納米高嶺土對(duì)溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）膠料氣密性的影響,以及硫化時(shí)間和老化對(duì)BIMSM納米復(fù)合材料氣密性的影響。結(jié)果表明，BIMSM納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的氣密性和耐老化性能，并且明顯優(yōu)于BIMSM橡膠。

納米高嶺土；溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）；氣密性；硫化時(shí)間；老化

0 前 言

溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，除了具有丁基橡膠的優(yōu)點(diǎn)外，其熱穩(wěn)定性、耐臭氧性、氧化穩(wěn)定性、黏性、氣密性和耐射線輻射性均好于鹵化丁基橡膠[1-2]。因此BIMSM橡膠被廣泛應(yīng)用于輪胎和醫(yī)藥等密封件制品[3-6]。

納米高嶺土由于具有納米材料的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和比表面積效應(yīng)等特性，因此能賦予其復(fù)合材料特殊的性能。納米復(fù)合材料在各個(gè)方面、各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用也受到了極大的關(guān)注，橡膠工業(yè)也不例外[7-9]。這也為節(jié)能環(huán)保提供了一種思路。

用溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）-高嶺土納米復(fù)合材料制備試樣，研究了BIMSM納米復(fù)合材料的氣密性以及硫化程度和老化對(duì)其氣密性的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 主要原材料

溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM，Exxpro3433）、溴化丁基橡膠（BIIR，EXXON BROMOBUTYL 2211），埃克森美孚公司；納米高嶺土，山東棗莊三興高新材料有限公司；煅燒高嶺土，河南中龍高嶺土有限公司。其他配合劑均為橡膠工業(yè)常用的原材料。

1.2 儀器和設(shè)備

YS-3-15型強(qiáng)力加壓利拿式密煉機(jī)，無(wú)錫陽(yáng)明橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；S(X)K-160A型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；TCY-V-22-2-S-PCD型模壓成型機(jī)，東毓油壓機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品； UR2010-SD型無(wú)轉(zhuǎn)子流變儀，臺(tái)灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；AI-7000型微電腦拉力機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；HQL-100型高溫老化試驗(yàn)箱，北京中科環(huán)試儀器有限公司產(chǎn)品；Ox-Tran 2/61型氧氣透過(guò)率測(cè)試儀，美國(guó)Mocon公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

BIMSM納米復(fù)合材料的制備：先用密煉機(jī)將BIMSM和納米高嶺土按照質(zhì)量比100:10的比例進(jìn)行混煉，然后再用開煉機(jī)再次混煉。

混煉膠試樣的制備：按照GB 6038—2006標(biāo)準(zhǔn)混煉膠試樣制備，按照配方要求先用密煉機(jī)混煉，再用開煉機(jī)混煉，用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定膠料的t90，根據(jù)膠料的t90在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化。

1.4 性能測(cè)試

混煉膠物理性能的測(cè)試：以GB/T 528—2009和GB/T 529—2008標(biāo)準(zhǔn)在微電腦型拉力機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。

膠料氣密性的測(cè)試：在美國(guó)Mocon公司的Ox-Tran 2/61型氧氣透過(guò)率測(cè)試儀上，按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 3985進(jìn)行測(cè)試，用氧氣的透過(guò)率來(lái)表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米高嶺土增強(qiáng)膠料氣密性的機(jī)理

膠料的氣密性（阻隔性）通常是用氣體透過(guò)率表示的，以下用氧氣透過(guò)率的大小來(lái)表示試樣氣密性能的優(yōu)劣。

膠料的氣密性與填料在其中的分散程度及其取向密切相關(guān)，也是評(píng)價(jià)材料氣密性的兩個(gè)重要因素。在納米復(fù)合材料中，具有高度取向的層狀填料和有序的排列，因此這些層狀面直接阻止了氣體的通過(guò)。納米材料的阻隔機(jī)理如圖1所示[10]。很明顯，利用納米材料和復(fù)合技術(shù)可以降低材料的氣體透過(guò)性，從而增加材料的氣密性。因此可以用BIMSM/高嶺土納米復(fù)合材料增加丁基橡膠塞的氣密性，這也為在保持丁基橡膠塞物理性能不變的情況下減小針刺厚度而改善其穿刺落屑性能和終端使用性能提供了理論依據(jù)。

圖1 大長(zhǎng)徑比和高度取向填料阻隔氣體通過(guò)的機(jī)理示意圖

2.2 納米高嶺土對(duì)BIMSM膠料性能的影響

溴化異丁烯-對(duì)甲基苯乙烯共聚物（BIMSM）是一種適用于生產(chǎn)醫(yī)藥橡膠塞的、最潔凈的新型溴化丁基橡膠[3,8]。用BIMSM和納米高嶺土制成了BIMSM納米復(fù)合材料。溴化丁基橡膠（BIIR）、BIMSM和BIMSM納米復(fù)合材料性能的對(duì)比如表1所示。這三種膠料的流變特性如圖2所示。

圖2 BIIR、BIMSM和BIMSM納米復(fù)合材料的流變曲線(185 ℃)

由表1可知，BIMSM納米復(fù)合材料（膠料C）的定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度最大，而伸長(zhǎng)率最小，氣體透過(guò)率也最小。這些也正是具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和比表面積效應(yīng)的納米高嶺土所賦予BIMSM納米復(fù)合材料力學(xué)性能的具體表現(xiàn)。在此需要特別說(shuō)明的是，膠料C的氣體透過(guò)率遠(yuǎn)小于膠料A和B，這充分說(shuō)明了BIMSM納米復(fù)合材料能有效地降低材料的氣體透過(guò)性，增加材料的氣密性。

表1 BIIR、BIMSM和BIMSM納米復(fù)合材料丁基橡膠塞配方及其性能

由圖2可知，BIMSM納米材料的膠料在流變條件下顯示出了較好的平坦性，而溴化丁基橡膠膠料在流變條件下最有返原現(xiàn)象，這也說(shuō)明BIMSM納米材料的膠料具有較好的穩(wěn)定性。

2.3 硫化程度對(duì)BIMSM滲透性的影響

在硫化溫度一定的條件下，硫化程度的大小可以用硫化時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)表示。本文用t50、t90、t150表示膠料欠硫、正硫和過(guò)硫三種不同狀態(tài)。

從圖3中可以看出，BIMSM納米復(fù)合材料的氣密性明顯優(yōu)于BIMSM，并且這兩種膠料無(wú)論是在欠硫狀態(tài)下還是過(guò)硫狀態(tài)下，其滲透性變化均不大，這也證實(shí)了硫化程度對(duì)滲透性的影響可以忽略不計(jì)。這與Rodgers B等[11]人的研究結(jié)果一致。因此硫化程度對(duì)滲透性的影響可以忽略不計(jì)。

圖3 硫化程度對(duì)滲透率的影響(185 ℃)

2.4 老化對(duì)BIMSM納米復(fù)合材料氣密性能的影響

分別將硫化試樣置于100 ℃和125 ℃兩個(gè)不同溫度條件下，研究老化對(duì)BIMSM納米復(fù)合材料氣密性能的影響。BIIR、BIMSM和BIMSM納米復(fù)合材料這三種膠料老化前后氣體透過(guò)率的變化情況如圖4所示。

由圖4可知，老化后，膠料A（BIIR）的氣體透過(guò)率變化最大，膠料C（BIMSM納米復(fù)合材料）的氣體透過(guò)率變化最小，而膠料B（BIMSM）的氣體透過(guò)率及其變化處于二者之間。這表明BIMSM納米復(fù)合材料膠料有最低的氣體透過(guò)性，其氣密性受老化的影響最小。這也說(shuō)明了BIMSM納米復(fù)合材料膠料的熱穩(wěn)定性非常好。

圖4 老化前后膠料氣體透過(guò)率的變化

3 結(jié) 論

（1）BIMSM納米復(fù)合材料具有優(yōu)異的氣密性和耐老化性能。

（2）納米高嶺土能明顯降低BIMSM的氣體滲透性，提高其氣密性，拓寬了BIMSM的應(yīng)用范圍。

（3）硫化程度對(duì)BIMSM納米復(fù)合材料的氣密性幾乎無(wú)影響。

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[責(zé)任編輯：朱 胤]

Effect of Nanoclay on Permeability Properties of BIMSM

Dai Gaofeng1,2, Liu Minying2, Huang Huanyu1
(1. Zhengzhou Aoxiang Pharmaceutical Technology Co., Ltd., Dengfeng 452483,China; 2. Zhengzhou University, Zhengzhou 450001,China)

This paper mainly studied the effect of nanoclay on the permeability properties of brominated isobutylene–methyl styrene copolymer (BIMSM) and the effect of curing time and aging on the permeability properties of the BIMSM-based nanocomposite. The experimental results show that BIMSM-based nanocomposite has excellent permeability properties and aging resistance and the permeability properties of the BIMSM-based nanocomposite is superior to BIMSM.

Nanoclay; Brominated Isobutylene–Methyl Styrene Copolymer (BIMSM); Pressure Tightness; Curing Time; Aging

TQ 333.6

A

1671-8232(2017)03-0022-04

2016-05-13

代高峰（1974—），男，河南商水人，工程師，執(zhí)業(yè)藥師，在職研究生，主要從事藥用丁基橡膠塞配方設(shè)計(jì)及其與藥品相容性研究。