不同炭黑用量对NBRTPEE TPV热油老化前后物理机械性能的影响

作者简介：杨雷（1986-），男，本科，主要从事橡胶合成技术工作。

收稿日期：2021-04-06

动态热塑性弹性体（TPV ）是近年来新兴的高分子材料

[1~3]

，其在低温下可以代替橡胶使用，同时在

高温下又具有塑料可塑性加工的特点，因此是继天然橡胶、合成橡胶之后的第三代橡胶，具有绿色环保可回收的特点。丁腈橡胶

[4~5]

（NBR ）采用丁二烯与丙

烯腈作为原料，利用低温乳液合成技术生产，随着疫情爆发以来，越来越受到市场的广泛关注[4~6]

。随着

汽车、采油、液压等行业技术革命升级，对耐介质材

料的性能要求越来越高

[6]

。由于上述两种材料具有极

性基团，同时都具有一定的耐高温性能。因此本文采用上述两种材料，利用高温开炼机制备了NBR/TPEE TPV ，探索了不同炭黑用量对NBR/TPEE TPV 热油老化前后物理机械性能的影响。

1　实验部分

1.1　主要原材料

NBR:牌号Emucril 3380S ，南京金浦英萨合成橡胶有限公司；TPEE ：牌号H28DMG ，江阴和创弹性体新材料科技有限公司；硬脂酸：上海倍特化工有限公司；氧化锌：上海缘江化工有限公司；促进剂M:科迈化工有限公司；促进剂DM ：华星化学有限公司；S ：佛山峰正科技有限公司；4010-NA ：上海成锦化工有限公司；炭黑：山东绿源炭黑有限公司。

不同炭黑用量对NBR /TPEE TPV 热油老化前后物理机械性能的影响

杨雷，李长皓

*

(南京金浦英萨合成有限公司，江苏 南京 211500)

摘要：本文使用高温开炼机制备了NBR/TPEE TPV ，并探索了不同炭黑用量对NBR/TPEE TPV 热油老化前后物理机械性能的影响。结果表明：热油老化后，NBR/TPEE TPV 的拉断强度和扯断伸长率发生下降；同时随炭黑用量的增加，NBR/TPEE TPV 热油老化后扯断强度都在12 MPa 左右；并且热油老化后，NBR/TPEE TPV 的硬度与模量下降；最后证明低分子油的浸入导致了上述现象。

关键词：丁腈橡胶；热油老化；物理机械性能；动态硫化热塑性弹性体中图分类号：TQ330.7

文章编号：1009-797X(2021)13-0055-04

文献标识码：B DOI:10.13520/ki.rpte.2021.13.014

1.2　主要仪器和设备

本文实验用设备及仪器见表1。

表1　实验设备及仪器

名称设备型号生产厂家

高温开炼机XK -160大连华韩橡塑机械有限公司开炼机

X （S ）K -160

上海双翼橡塑机械有限公司平板硫化机LCM -3C2-G03-LM

深圳佳鑫电子设备科技有限

公司

老化箱GT -7017-M 台湾高铁有限公司无转子硫化仪GT -M2000-A 台湾高铁有限公司电子拉力机I -7000S 台湾高铁有限公司硬度计811-33X

北京创诚致佳科技有限公司台式厚度计HD -10

上海正吉橡塑仪器设备有限

公司1.3　动态硫化热塑性弹性体配方

橡塑共混比60/40、其中NBR 配方为：NBR E33 80S 100份、硬脂酸1.5份、氧化锌5份、促进剂M 1份、促进剂DM 1份、防老剂4010-NA 0.5份、硫黄2份、炭黑变量见表2。

表2　动态硫化热塑性弹性体炭黑变量

标号

1#2#3#4#5#炭黑用量/份

5

10

15

20

25

1.4　NBR/TPEE TPV 的制备

NBR/TPEE TPV 的制备分为三个步骤，分别为

NBR母胶制备、TPV制备、及模压成型。制备方法、工艺参数控制及老化前性能见本文作者相关文章[注]。

1.5　实验与测试

硫化性能：按GB/T 16584—1996测试，使用无转子流变仪测定硫化曲线，温度设定为 160 ℃。各符号表示为：M H—最高扭矩值，M L—最低扭矩值，T10—焦烧时间，T90—工艺正硫化时间

力学性能：拉伸性能采用电子拉力试验机，按照GB/T 528—2008进行测试，拉伸速度为500 mm/ min，测试温度为室温。

邵A硬度测试：室温下用硬度测试仪进行测试，参照国标GB 531—92。

热空气老化性能测试：将裁好的试样放入老化试验箱中，老化条件为100 ℃×72 h，然后取出试样进行测试，参照国标GB/T 3512—2001。

耐油性能测试：将裁好的试片浸在46#液压油中，耐油性能实验条件为100 ℃×72 h，根据需求测试耐油后性能，参照国标 GB/T 1690—1992测试。

2　结果与讨论

NBR中带有腈基，TPEE中带有酯基，这两种基团具有较好的耐非极性油的作用，同时NBR经过交联，且TPEE的软化点很高，他们都具有耐热的特性。因此研究热油老化前后NBR/TPEE TPV的物理机械性能变化具有重要的意义。

按照1.5中的方法测试热油老化前后NBR/TPEE TPV的物理机械性能，分析结果如下。

表3　不同炭黑用量下热油老化前后NBR/TPEE TPV的

拉断强度

炭黑用量/份510152025

热油老化前拉断强度/MPa12.213.813.914.312.2

热油老化后拉断强度/MPa12.612.712.012.412.9表3为不同炭黑用量下热油老化前后NBR/TPEE TPV的拉断强度，从表中可以看出，热油老化后的NBR/TPEE TPV的拉断强度都发生了不同程度的下降，这是因为在热油老化的过程中，一方面由于高温发生了热老化，使得NBR/TPEE TPV之中NBR相开始发生交联，交联的结果使得NBR与TPEE分子链之间的缠结减少，从而使的岛相对海相的约束力减小，随着炭黑用量的增加，NBR与TPEE之间的模量差越来越大，这一点可以从热油老化前后的拉断强度差看出（炭黑用量范围10~20份），从而使得海岛之间出现模量不匹配的现象，在拉伸的过程中，容易发生应力集中效应，从而使得NBR/TPEE TPV的拉断强度在热油老化后发生下降；另一方面，虽然46#液压油为非极性油，但是NBR中存在丁二烯片段、TPEE中也有烷烃的片段，根据相似相容原理，还是有一部分的非极性油渗入了NBR/TPEE TPV之中，使得NBR/ TPEE TPV中的海相特别是岛相发生了部分的溶胀，从而使得分子链之间的空间增加，使得他们的约束力减小，因此拉伸强度在热油老化后发生了下降。

以表3中可以看出，NBR/TPEE TPV在热油老化后的拉断强度都在12~13 MPa之间，这是因为TPV 的主要物理机械性能由海相承担，由于低分子油的浸入，削弱了岛相对海相的加强作用，因此热油老化后的拉断强度大致相同。

图1为不同炭黑用量下热油老化前后NBR/TPEE TPV的扯断伸长率，从中可以看出，热油老化后的扯断伸长率都低于老化前的伸长率，分析原因与上文类似。当炭黑含量为5、10、25份时，它们的扯断伸长率下降率为1.32%、0.34%、1.65%，而当炭黑含量为15、20份时，它们的扯断伸长率下降率升高到为8.75%、14.03%。这因为当炭黑用量较小时，炭黑几乎都在NBR相之中，炭黑用量较大时，炭黑又能较为多的偏析到TPEE之中，但是当炭黑含量一般时，大量的炭黑存在于NBR之中，由于低分子油主要溶胀NBR

相，从而使得出现上述现象。

图1　不同炭黑用量下热油老化前后NBR/TPEE TPV的

扯断伸长率

为了进一步证明上述猜想，本文分析了在拉伸过程中不同炭黑用量下热油老化前后NBR/TPEE TPV 应力应变曲线，如图2所示。从图中可知，在热油老化前后，随应变的逐渐增加，NBR/TPEE TPV的应力