高性能氢化丁腈橡胶复合材料的研究.doc

高性能氢化丁 If橡胶复合材料的研究唐光道李志超李少辉曹进雷佳伟张保卫（太原工业学院材料工程系）摘要：试验研究不同补强剂炭黑N330、纳米碳酸钙、酚醛树脂205、酚醛树脂206和联合 使用蒙脱土/炭黑N330对氢化丁月青橡胶物理性能的影响研究表明，使用纳米碳酸钙补强 HNBR要明显优于炭黑N330补强，30份纳米碳酸钙补强效果较好；酚醛树脂205和酚醛树 脂206补强对HNBR橡胶的补强效果不佳；有机蒙脱土/炭黑N330联合补强，可获得综合 性能优良的HNBR复合材料，其补强效果优于其他几种补强剂关键词：氢化丁膳橡胶；纳米碳酸钙；酚醛树脂；有机蒙脱土；联合补强；复合材料氢化丁購橡胶（HNBR）是丁購橡胶（NBR）经过选择性加氢变成具有饱和结构 的特种橡胶丁膳橡胶早在1937年就由德 国首先工业生产，一直作为耐油的特种橡胶 广泛使用进入70年代后期，由于汽车工 业、石油钻井工业要求橡胶部件除耐油外还 需具有高的耐热性和耐高压、耐氧性能，而 普通的NBR已远不能满足这些要求，尽管 其中一些用途已为氟橡胶所取代，但氟橡胶 价格昂贵，因此，人们开始探求对NBR的 性能改进HNBR就是为满足新的需求而新 开发的一种新型丁月青橡胶。

[1]HNBR由于氢化饱和而又保持原NBR 的特性，因而具有下列理想的综合性能:①良 好的耐热和耐老化性能；②良好的耐技术液 体（包括含腐蚀添加物的油类）溶胀性能； ③良好的机械性能，即使在温升条件下仍保 持相当的水平；④在极有害的条件下，有显 著的耐磨性能HNBR是一种适应汽车工 业、航空工业和石油工业快速发展的新型弹 性材料⑵HNBR未经补强时物理性能很低，必须 经过补强才有使用价值本工作选用不同的 补强体系，即常规补强剂炭黑N330、纳米 碳酸钙、酚醛树脂205、酚醛树脂206和联 合使用蒙脱土 /炭黑N330等五种补强填充体 系，研究不同补强剂对HNBR物理性能的 影响本工作创新之处是研究了纳米碳酸 钙、酚醛树脂205、酚醛树脂206和联合使 用蒙脱土/炭黑N330对HNBR橡胶进行补 强1. 实验1.1主要原材料HNBR,±海开帆实业有限公司提供；硫 化剂DCP.化学纯，上海化学试剂站中心化工 丿产品；助交联剂HAV,山西化工研究所 提供；酚醛树脂205 （BQ-1）,山西化工研究 所产品；酚醛树脂206 （BQ-2）,山西化工研 究所产品；有机蒙脱土（OMMT）, 1.44P NN-031109-1, MANOMER,Nanocor,Inc.one NorthArlington.USA；炭黑 N330,中联橡胶 （集团）总公司；纳米碳酸钙，晋城市白马 化工厂。

1.2试验配方HNBR 100,氧化锌5,硬脂酸1,防老 剂4010 2,硫化剂DCP 4 ,助交联剂 HAV2,促进剂DM 1.5,补强剂变品种、 变量1.3胶料制备混炼胶：制备将HNBR置于由上海氢 化机械厂生产的SK-160B型开炼机中，于 40°C薄通10次，然后加入配合剂，混炼至 均匀，打二角包6次，薄通8次，以辗距为 2 m m下片绘制硫化曲线：停放24h后，用上海登 杰机器设备有限公司生产的MDR-2000型电脑无转子密闭型硫化仪绘制硫化曲线，测 得正硫化时间（t90）硫化胶：用上海第一橡胶机械厂生产的 QLB-D型平板硫化机硫化试样，硫化条件 为 180°C Xt90,压力 20to1.4测试与分析将制得的胶片在上海化工机械四厂生 产的CP-25型冲片机上进行裁片，在上海化 工机械四厂生产的HD-II型厚度计上进行 厚度测定胶料拉伸性能按GB/T528-1998在广州采用纳米碳酸钙补强时，从10份到20 份，拉伸强度提高78%,从20份到30份， 拉伸强度提高15%当纳米碳酸钙为30份 时，补强效果最好，其拉伸强度为30份炭 黑补强的2倍以上，达到了 19.519MPa （见 表1）。

由于填料粒径越细，比表面积越大, 对橡胶的补强也越高［3］所以本研究所用的 试验仪器厂生产的LJ-500拉力试验机进行 测试，拉伸速率为100mm/min.邵氏A硬度 在上海市第六中学量仪厂生产的LX-A型橡 胶硬度计进行测定2. 结果与讨论采用炭黑N330补强时，从炭黑10份 到20份，拉伸强度提高约5%,从20份到 30份，拉伸强度略有增加当炭黑为30份 时，拉伸强度达到9.0389MPa,补强效果最 好随着炭黑用量的增加，橡胶的邵氏硬度 有小幅增加（见表l）o纳米碳酸钙有较好的补强作用随着纳米碳 酸钙用量的增加，橡胶的邵氏硬度有小幅增 加，且大于同份数炭黑补强HNBR的邵氏 硬度图1显示了不同用量的炭黑N330及 纳米碳酸钙对HNBR拉伸强度的影响，可 以看出，使用纳米碳酸钙补强HNBR要明 显优于炭黑N330补强表1炭黑N330和纳米碳酸钙补强HNBR橡胶的物理性能空白N330N330N330纳米碳 酸钙纳米碳 酸钙纳米碳 酸钙用量/份 硫化特性'0：170°C)102030102030tao/min0.451.321.221.170.411.341.47tso/min18.1320.4020.4220.3821.5420.0521.18:N ・U1)0.0160.0290.0330.0280.0100.0400.033Mh/(N ・m)0.1300.1680.1990.1910.1450.2110.258硫化胶物理性能邵尔A型 硬度/度36384445444848100%拉伸 应力/MPa0.344170.553400.712250.737871.36051.73161.6827300 %拉伸 应力/MPa0.516260.737871.24641.47571.70072.42423.0288拉伸强度/MPa3.78598.48558.90319.03899.523816.97019.519断裂伸长 率/%1493.91413.41445.31334.61213.01346.61291.8251—11不同用量那330及纳米彼酸话糰HNBI®伸勰的歸分别采用酚醛树脂205和酚醛树脂206 补强，拉伸强度不超过&5MPa,该值较小。

与纯HNBR相比，其t90减少，这是由于酚 醛树脂起到了硫化剂的作用故酚醛树脂 205和酚醛树脂206补强对HNBR的补强效 果不佳（见表2）采用15份有机蒙脱土与15份炭黑 N33O联合补强HNBR,其拉伸强度达到 19.631MPao联合补强橡胶的100%及300% 的定伸应力都为30份纳米碳酸钙的1.5倍， 其补强效果要优于30份纳米碳酸钙HNBR （见表2）有机蒙脱土能以纳米级均匀分 散，在橡胶基体中，HNRB分子插入有机蒙 脱土片层后，其分子链受到蒙脱土片层结构 限制，使原来相对自由的分子链固定在蒙脱 土片层间，在HNBR中起交联点作用，增 大了 HNBR基体与有机蒙脱土之间的相互 作用力[4],当受到外力时，片层状的蒙脱土 也承载了一部分作用力，从而其定伸应力及 拉伸强度相应提高同时，混炼过程中橡胶 大分子会与炭黑N330里表面产生化学和物 理的牢固结合，形成结合橡胶，使橡胶粒拉 伸强度提高有机蒙脱土和炭黑N330联合 补强，可起到协同作用，共同提高了 HNBR 的拉伸强度与邵氏硬度，而且与纯HNBR 相比，有机蒙脱土/炭黑330补强HNBR橡 胶的断裂伸长率并未下降多少，达到 1291.8%,说明补强后HNBR仍然有很好的 弹性。

同时由于有机蒙脱土的片层状结构， 使得HNBR的气密性增强[5],可见，有机 蒙脱土 /炭黑N330补强可以获得良好综合性 能的HNBR复合材料表2酚醛205、酚醛206及蒙脱土/炭黑补强HNBR橡胶的物理性能酚醛205酚醛206酚醛206蒙脱土 /炭黑用量/份10103015/15硫化特性（170°C）tao/min0.511.102.0710.06teo/min18.0110.128.5923.49叫/( N • m)0.0040.0190.0141.138Mh/(N • m)0.0620.1160.0351.378硫化胶物理性能邵尔A型硬度/度22283176100%拉伸应力/MPa0.976801.19051.08842.6042300%拉伸应力/MPa1.46521.78572.44904.6074拉伸强度/MPa3.41888.33337.346919.631断裂伸长率/%910.9721266.1856.9831193.63. 结论(1) 单独用炭黑N330补强时，30份补强 效果较好单独用纳米碳酸钙补强时，30 份补强效果较好2) 使用纳米碳酸钙补强HNBR要明显优 于炭黑N330补强。

3) 酚醛树脂205和酚醛树脂206补强对 HNBR橡胶的补强效果不佳4) 有机蒙脱土/炭黑N330联合补强，可 获得综合性能优良的HNBR复合材料，其 补强效果优于其他几种补强剂参考文献：[1] 陈兰盟.氢化丁睛橡胶的结构与性能[J],橡胶工业，1992, 39 (10)： 628-633.[2] 张防，郭强.氢化丁睛橡胶及其应用研究 进展[J],特种橡胶制品，2001, 22 (2)： 54 〜57.[3] 杨清芝.现代橡胶工艺学[M].北京：中国 石化出版社，1997 (2009.2重版).[4] 黄安民，王丹丹，王小萍，贾德民.补强 剂填充HNBR胶料的结构和性能[J]，橡 胶工业,2008, 55 (2)： 69〜74.[5] 林一凡，潘太军.蒙脱土的有机改性及插 层剂的选择[J],化工科技,2010, 18 (1)： 24 〜27.The study of high-performance HNBR compositesTANG Guang-dao,LI Zhi-chao,LI Shao-hui,CAO Jin,LEI Jia-wei,ZHANG Bao-wei(Department of Materials Engineering ,Taiyuan institute of technology,Taiyuan,China ) Abstract:This paper studied that different reinforcing agents ,such as carbon black N330, nanometer calcium carbonate, phenolic resin 205, phenolic resin 206 and the joint use of Organic montmorillonite clay and carbon black N330,had influence on the physical properties of hydrogenated butyl rubber (HNBR)。

The reasult indicated that the use of n。