氢化丁腈橡胶(HNBR)是一种高饱和橡胶，分子链中含有丙烯腈、氢化的丁二烯及少量丁二烯链段。HNBR分子链的独特结构赋予其优良的耐油、耐磨耗、耐高温、耐氧化等性能，且HNBR具有良好的工艺性能，在航空、汽车等工业领域应用前景广阔。本工作研究硫化体系对HNBR性能的影响。
1实验
1.1原材料
HNBR，牌号A3406，氢化度为99%，德国拜耳公司产品；其它原材料均为市售工业品。
1.2试验配方
试验配方如表1所示。
表1 试验配方
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组分 |
配方编号 |
|||||
|
1# |
2# |
3# |
4# |
5# |
6# |
|
|
硫黄 |
0.5 |
0 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
0.5 |
|
硫化剂DCP |
0 |
5 |
3 |
5 |
7 |
9 |
|
促进剂 |
2 |
0 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
氧化锌 |
5 |
0 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
硬脂酸 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
注：其它组分为HNBR100，炭黑60，软化剂5。
1.3试验设备与仪器
XK-150型开炼机，广东湛江机械厂产品；QLB600×600型平板硫化机，浙江湖州和孚橡机厂产品；T2000E型电子拉力机，北京友深电子仪器有限公司产品；MH-74型阿克隆磨耗试验机，上海中艺机器厂产品；ZMGi摆锤拉力机，德国产品；401型老化试验箱，上海第二五金厂产品；P3555B型盘式硫化仪，北京环峰化工机械实验厂产品。
1.4试样制备
胶料按常规工艺在开炼机上混炼，开炼机辊温40-50℃，混炼胶停放8h以上返炼，裁片后在硫化机上硫化，硫化条件为153℃×25min。
1.5性能测试
胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。
2结果与讨论
2.1硫化体系类型的影响
采用硫黄、过氧化物和硫黄/过氧化物硫化体系的HNBR胶料性能如表2所示。
表2 硫化体系类型对HNBR胶料性能的影响
|
项目 |
配方编号 |
||
|
1# |
2# |
3# |
|
|
硫化仪数据(153℃) |
|
|
|
|
t10/min |
5.15 |
1.85 |
3.55 |
|
t90/min |
21.42 |
19.42 |
18.80 |
|
邵尔A型硬度/度 |
78 |
75 |
75 |
|
300%定伸应力/MPa |
8.5 |
- |
12.6 |
|
拉断强度/MPa |
15.3 |
25.0 |
22.3 |
|
拉断伸长率/% |
616 |
220 |
664 |
|
拉断永久变形/% |
56 |
6 |
24 |
|
撕裂强度/(kN·m-1) |
91 |
50 |
83 |
从表2可以看出，与采用硫黄和过氧化物硫化体系的胶料相比，采用硫黄/过氧化物硫化体系的胶料焦烧时间居中，正硫化时间较短。分析原因认为，由于HNBR主链中双键较少，因此采用硫黄硫化体系，焦烧时间长，硫化速度慢，而采用过氧化物硫化体系，焦烧时间较短，硫化速度较快；采用硫黄/过氧化物硫化体系的胶料在硫化反应初期，由于酸性物质(硬脂酸)的干扰，使过氧化物产生的自由基钝化，焦烧时间较长；随着反应的进行，过氧化物产生的自由基数量和活性增大，加上硫黄的作用使硫化速度加快。
从表2还可以看出，与采用硫黄和过氧化物硫化体系的胶料相比，采用硫黄/过氧化物硫化体系的胶料综合物理性能较好。分析原因认为，采用硫黄/过氧化物硫化体系的胶料中不仅有碳-碳交联键，还存在硫键，在受到拉伸时，键能较大的碳-碳交联键首先承受应力，并在低伸长状态下断裂，此时由于硫键的应力疏导和互换重排特性，使应力均匀分散，从而维持胶料高伸长状态，胶料具有良好的强伸性能。由此可见，HNBR采用硫黄/过氧化物硫化体系较为合适。
2.2硫黄/过氧化物硫化体系中硫化剂DCP用量的影响
硫黄/过氧化物硫化体系中硫化剂DCP的用量对HNBR胶料性能的影响如表3所示。
表3 硫化剂DCP用量对HNBR胶料性能的影响
|
项目 |
配方编号 |
|||
|
硫化仪数据(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 |
|
邵尔A型硬度/度 |
75 |
76 |
73 |
72 |
|
300%定伸应力/MPa |
12.6 |
18.1 |
19.5 |
23.9 |
|
拉断强度/MPa |
22.3 |
22.6 |
27.2 |
28.0 |
|
拉断伸长率/% |
664 |
509 |
464 |
378 |
|
拉断永久变形/% |
24 |
18 |
10 |
6 |
|
撕裂强度/(kN·m-1) |
83 |
70 |
67 |
63 |
|
阿克隆磨耗量/cm3 |
0.038 |
0.046 |
0.051 |
0.050 |
|
剥离粘合强度/(kN·m-1) |
18.6 |
27.4 |
27.7 |
26.7 |
|
150℃×48h热空气老化后 |
|
|
|
|
|
拉断强度/MPa |
27.2 |
28.1 |
30.6 |
30.1 |
|
拉断伸长率/% |
295 |
214 |
254 |
233 |
从表3可以看出，随着硫化剂DCP用量增大，胶料焦烧时间缩短，正硫化时间变化不大(4#配方除外)；300%定伸应力和拉断强度增大，拉断伸长率、拉断永久变形和撕裂强度减小。此外，当硫化剂DCP用量超过3份时，HNBR与金属的粘合性能较好。总体来说，硫化剂DCP用量为5-7份时，胶料的综合性能较好。
3结论
HNBR采用硫黄/过氧化物硫化体系较为合适。硫黄/过氧化物硫化体系中，硫化剂DCP用量为5-7份时，HNBR综合性能较好
