氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用

氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用

江苏省锡山市天益橡胶工业有限公司吴贻珍*

摘要介绍了氢化丁腈橡胶品种牌号、性能特点、配合原理及在汽车传动带中应用情况。关键词：氢化丁腈橡胶性能汽车传动带带传动

氢化丁腈橡胶（HNBR）与传统的丁腈橡胶（NBR）相比，其分子结构中含有少量或不含碳碳双键（C=C），它不仅具有NBR的耐油、耐磨、耐低温等性能，而且还具有更优异的耐热氧老化、耐臭氧、耐化学介质、良好的动态性能等，是目前最具发展潜力的橡胶品种之一，在许多方面已取代了氟橡胶等其它特种橡胶，已广泛地应用于汽车、油田等工业领域。尤其是汽车用传动带，已占其用量的50%以上。

HNBR最早由德国Bayer公司于1984年小批量生产，商品名为Therban；日本Zeon公司也在同年建厂生产，商品名为Zetpol；随后加拿大的Polysar 公司亦于1988年投产，商品名为Tornac（被Bayer 兼并，已无此牌号）；我国兰化公司于1999年开发成功，牌号：LH-9901、LH9902。目前，世界HNBR 总生产能力约7 500t/a，其中日本占五成、欧洲占三成、北美占二成。在欧洲其消耗量55%为传动带、密封件20%、胶管11%、电缆5%、其它9%[1]。

1 HNBR品种

国外各厂家HNBR商品牌号列于表1、表2。Zeon的牌号前两位数字表示丙烯腈（ACN）含量，20和10分别表示ACN含量36%和44%；后两位数字表示饱和度，数字越小饱和度越高，反之亦然。Bayer的牌号A、B、C表示饱和度为99.5%、98%、95%，前两位数字表示ACN含量，后两位数字表

示门尼粘度代号。

Zeon公司和Bayer公司还开发一种由HNBR 与聚二异丁烯酸锌（ZDMA）或丙烯酸锌（ZMA）共混而成的复合体（Zeon商品名为ZSC，Bayer商品名为ART），具有非常高的物理机械性能，在伸长率、硬度保持不变情况下，拉伸强度可高达50MPa，并具有高的韧性、耐油、耐磨及动态性能[2]。

适于制造传动带的品种有：Zeon公司的Zetpol 2020、Zetpol 2020L、ZSC 2295L；Bayer 公司的Therban C3446、Therban C3447、Therban VP KA 8796等。

表1 Zeon公司HNBR的商品牌号

商品牌号

ACN含量

%

碘值

g/100g

门尼粘度

ML1+4 100 Zetpol 102044.02578 Zetpol 101044.01085 Zetpol 202036.02878 Zetpol 2020L36.02857.5 Zetpol 201036.01185 Zetpol 2010L36.01157.5 Zetpol 200036.0485 Zetpol 2000L36.0465

ZSC 2295 ——88

ZSC 2295L ——70

表2 Bayer公司HNBR的商品牌号

商品牌号 ACN含量, RDB*% 门尼粘ML1+4100

Therban A3406 Therban A3407 Therban A4307 Therban C3446 Therban C3467 Therban B3627 Therban C4367 Therban VP KA 8798 Therban ART 3425** Therban VP KA 8796** 34

34

43

34

34

36

4

21

—

—

MAX 0.9

MAX 0.9

MAX 0.9

4

5.5

2

5.5

MAX 0.9

—

—

63

70

63

58

68

66

60

72

25

22

*双键残余量（Residual double bond content）** C3467与ZDMA共混母料作者简介：吴贻珍（1963—），男，福建福鼎人，江苏省锡山市

天益橡胶工业有限公司高工程师，从事传动带技术开发工作。

2 HNBR性能特点[3]

HNBR通过配方调节，其性能可在较大范围内变化，其典型性能如表3所示，其拉伸强度比CR、NBR 高，而ZSC甚至达到PU的水平；HNBR的耐热空气老化性优异，并与其饱和度有关，饱和度越高耐热越好。HNBR在150℃×42d的老化条件下扯断伸长率仍然保持50%，拉伸强度实际上未变化、硬度（邵尔A）只增加11°。特别是，不象其它橡胶，温度对NHBR的硬度和模量影响不大，这一点非常重要，汽车同步带要求在一定的温度和速度范围内，带应保持初始张力下的形状，以防带与带轮产生“时间滞后（Time lag）”现象[4]。HNBR的长期动态性能稳定，试验表明，给定使用寿命为1000h时，各耐油橡胶的使用温度如表4所示。

HNBR还具有良好的耐臭氧、耐天候老化、耐化学品性能，并具很好的压缩永久变形性能和溶胀性能。HNBR动态性能优异，如图2，其裂口增长明显低与CR。HNBR耐磨性能优越，这是由于HNBR具有非常高的拉伸积，而拉伸积与耐磨指数正比，因此HNBR是优良的耐磨橡胶材料[5]。

表3 HNBR硫化胶的代表性能

项目指标

硬度（邵尔A）,度拉伸强度,MPa

扯断伸长率,% 100%定伸强度,MPa 300%定伸强度,MPa 回弹率，%

压缩永久变形,%

磨耗量(1.61km),cm3 45～90

13～35

100～600

3～20

5～30

30～50(室温)

53～56(70℃)

15(23℃×70h)

20(150℃×70h)

25(200℃×70h) 0.03～0.05(室温) 0.04～0.06(150℃)

表4 在给定使用寿命为1000h各种耐油橡胶

的的使用温度[6]

胶种使用温度，℃

乙烯硫脲硫化CR 硫黄硫化NBR

硫黄硫化HNBR

过氧化物硫化HNBR 苯甲酸铵硫化ACM* 101

106

126

150

159

图1 CR与HNBR动态裂口增长速度对比

1/c(dc/dn)：裂纹增长速率

3 HNBR的配合[5～

HNBR对补强剂和增塑剂用量的响应程度几乎

与NBR相同，只是HNBR达到的物理机械性能要高

些。炭黑多采用快压出等炉法炭黑，增塑剂用量与

HNBR对增塑剂的最大吸收能力有关（如表5），一

般为其最大吸收能力的50%～60%。

表5 HNBR中增塑剂的最大吸收量

增塑剂 HNBR

(ACN36%)

HNBR

(ACN44%)

Fedor、s溶

解度参数

增塑剂DMP

增塑剂DEP

增塑剂DBP

增塑剂DOP

增塑剂DIDP

增塑剂DOA

增塑剂DOS

增塑剂TOP

增塑剂TCP

增塑剂DBEEA

氯化石蜡

235

254

246

105

58

36

20

27

215

50

17

285

271

213

28

12

11

4

4

188

33

4

10.90

10.54

10.07

9.47

9.34

8.91

8.79

8.10

10.23

9.43

11.67

氢化度在96%以下的HNBR可以用硫黄或过氧

化物硫化，完全氢化的HNBR只能用过氧化物、树

酯或高能辐射进行硫化（交联）。硫黄硫化比过氧

化物硫化具有更高的拉伸强度、伸长率、撕裂强度

和更好的动态性能，以及与织物或金属骨架材料更

高的粘合性。用过氧化物硫化，压缩永久变形低得

多并极大地提高了HNBR的耐热性能。

HNBR硫黄硫化一般采用低硫高促（SEV）或硫

黄给予体（EV）硫化体系。过氧化物用量为5～15

份，再加1～20份助交联剂如TAC、TAIC或

N,N‘-间苯撑双马来酰胺等。硫黄硫化和过氧化物

硫化性能对比如表5[6]。

4 HNBR的粘合

HNBR由于开发时间较短,因此对其与纤维及金

属的粘合技术还处于开发研究阶段。试验表明，采

用硫黄硫化的HNBR胶料，其粘合性能比过氧化物