陳曉駿

（上海霓項(xiàng)材料技術(shù)有限公司，上海 201500)

彈性和壓縮永久變形是橡膠材料兩個(gè)重要的性能指標(biāo)，是其變形外力去除后恢復(fù)形狀的能力。對(duì)于丁腈橡膠（NBR)來(lái)說(shuō)，丙烯腈含量、門尼粘度、填料體系和硫化體系直接影響其彈性[1]。一般情況下，較高彈性的橡膠材料壓縮永久變形較小。通過(guò)良好的配合可以賦予NBR密封材料高彈性和低壓縮永久變形。

本工作通過(guò)主體材料和硫化體系選擇，制備高彈性、低壓縮永久變形，同時(shí)兼顧抗撕裂性能的NBR密封材料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NBR，牌號(hào)1846F，3445F，3945F，德國(guó)朗盛公司產(chǎn)品；牌號(hào)N41，中國(guó)石油蘭州石化公司產(chǎn)品；炭黑N550，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，牌號(hào)175G，德國(guó)贏創(chuàng)德固賽公司產(chǎn)品。

1.2 配方

基本配方：NBR 100，炭黑N550 60，白炭黑175G 20，增塑劑DOP 5，氧化鋅 5，硬脂酸1，防老劑RD 1.5，防老劑MB 1.5，其他 8。

1#—4#配方所用主體材料分別為：1846F，1846F/N41并用膠（并用比為80/20)，3445F/N41并用膠（并用比為80/20)，3945F/N41并用膠（并用比為80/20)。

5#—8#配方所用硫化體系分別為：硫黃/促進(jìn)劑TMTD用量比為0.4/2，硫黃/促進(jìn)劑TMTD用量比為0.4/4，硫黃/促進(jìn)劑TMTD用量比為0.8/2，硫黃/促進(jìn)劑TMTD用量比為0.8/4。

1.3 主要設(shè)備和儀器

Φ160 mm×320 mm型兩輥開(kāi)煉機(jī)，佰弘機(jī)械（上海)有限公司產(chǎn)品；GT-H2000-PA型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；邵爾A型硬度計(jì)和Z010萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Zwick公司產(chǎn)品；RET-05型橡膠沖擊回彈測(cè)試儀，蘇州亞諾天下儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

在開(kāi)煉機(jī)上加入橡膠、小料、炭黑、硫黃和促進(jìn)劑，混合均勻后左右3/4各割刀3次，薄通打三角包6次，排氣下片?；鞜捘z停放12 h，沿壓延方向裁取拉伸性能和壓縮永久變形試片，按垂直壓延方向裁取撕裂強(qiáng)度試片，硫化條件為170 ℃×t90。

1.5 性能測(cè)試

（1)硫化特性：按照ASTM D 2084—2011進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度為±1°，頻率為1.67 Hz。

（2)拉伸性能：按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)試，Ⅰ型試樣，拉伸速率為500 mm·min-1，測(cè)試溫度為（23±2) ℃。

（3)壓縮永久變形：按照GB/T 7759—2005進(jìn)行測(cè)試，B型試樣，試驗(yàn)條件為100 ℃×70 h，壓縮率為25%。

（4)其他性能按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 主體材料選擇

主體材料對(duì)混煉膠硫化特性的影響見(jiàn)表1。

表1 主體材料對(duì)混煉膠硫化特性（170 °C）的影響

從表1可以看出：隨著NBR丙烯腈含量提高，膠料的FL和Fmax增大，ts2縮短，這是由于NBR的極性增大，膠料的混煉生熱升高；t90延長(zhǎng)，這是由于NBR的極性基團(tuán)增加，雙鍵含量降低。

主體材料對(duì)硫化膠性能的影響見(jiàn)表2。

表2 主體材料對(duì)硫化膠性能的影響

從表2可以看出，只用1846F的1#配方NBR丙烯腈含量最低，硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度最低，彈性最高，壓縮永久變形最小。隨著NBR丙烯腈含量增大，硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度提高。熱空氣老化后，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力提高，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度降低。2#配方膠料主體材料采用1846F/N41并用（并用比為80/20)，其硫化膠的撕裂強(qiáng)度最高，彈性較高，壓縮永久變形較小，綜合性能較好。

2.2 硫化體系選擇

通過(guò)上述試驗(yàn)，確定主體材料采用1846F/N41并用（并用比為80/20)。由于炭黑N550具有較佳的補(bǔ)強(qiáng)性能和有利于減小硫化膠壓縮永久變形，而白炭黑能夠改善硫化膠撕裂性能，但是用量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致硫化膠彈性降低以及壓縮永久變形增大，因此填料適合采用60份炭黑N550與20份白炭黑175G并用。下面討論硫化體系對(duì)NBR膠料性能的影響[2-3]。

硫化體系對(duì)混煉膠硫化特性的影響見(jiàn)表3。

表3 硫化體系對(duì)混煉膠硫化特性（170 °C）的影響

從表3可以看出：增大促進(jìn)劑和硫黃用量，膠料的Fmax增大，ts2縮短，這說(shuō)明交聯(lián)程度增大；促進(jìn)劑用量較小時(shí)，增大硫黃的用量，t90延長(zhǎng)。

硫化體系對(duì)硫化膠性能的影響見(jiàn)表4。

表4 硫化體系對(duì)硫化膠性能的影響

從表4可以看出，增大硫黃和促進(jìn)劑用量，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力提高，拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度下降。硫黃用量較小時(shí)，增大促進(jìn)劑用量，硫化膠的彈性提高，壓縮永久變形減小，撕裂強(qiáng)度降低。硫黃用量較大時(shí)促進(jìn)劑用量增大，硫化膠彈性降低，這是由于交聯(lián)達(dá)到一定程度后，交聯(lián)點(diǎn)之間的分子鏈太短影響了硫化膠的彈性。熱空氣老化后，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力提高，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度降低。促進(jìn)劑用量較大的6#配方，硫化膠的彈性最高，壓縮永久變形最小，這說(shuō)明低硫高促的有效硫化體系對(duì)硫化膠的彈性有利，同時(shí)撕裂強(qiáng)度較大。而硫黃用量增大，會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)鍵中多硫鍵增多，進(jìn)而導(dǎo)致硫化膠彈性和耐熱老化性能變差，壓縮永久變形增大。

3 結(jié)論

（1)NBR的丙烯腈含量高，混煉膠的ts2短，t90長(zhǎng)；NBR的丙烯腈含量低，硫化膠的彈性好，壓縮永久變形小，但撕裂強(qiáng)度等物理性能較差。

（2)適當(dāng)增大促進(jìn)劑用量，硫化膠的彈性提高，壓縮永久變形減小。硫黃用量增大會(huì)導(dǎo)致硫化膠的壓縮永久變形增大。

（3)NBR丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.225左右，采用低硫高促的硫化膠彈性高，壓縮永久變形小，抗撕裂強(qiáng)度性能好。