高扯断伸长率NBR橡胶配方研究

链上，增加了橡胶的强度，但是，扯断伸长率降低。同时，过多的炭黑会使 [2] S.X. Tan, J. Zhai, M.X. Wan, L. Jiang, D.B. Zhu (2003) Synth Met
橡胶高分子间产生空隙，影响橡胶的强度和扯断伸长率，这也可能是强 137:1511
度随炭黑填充量增加先增加达到一定再降低的原因。邵氏硬度随炭黑用 [3] A.E. Job, F.A. Oliveira, N. Alves, J.A. Giacometti, L.H.C. Mattoso
样品相对 50 份炭黑填充样品减小了 11.9%，由 463.86%减小到 低拉伸强度的基础上，大大提高 NBR 的扯断伸长率。
251.32%，扯断性能明显不能满足要求。这可能是因为炭黑与橡胶高分子
参考文献
之间产生物理吸附作用和化学结合共同作用，使应力作用在较短的分子 [1] K.D. KIM, D.D.L. Chung (2002) J Electron Mater 31:933
网链上，使有效网链数减小。这种承载的不均匀性随交联密度增加而加
作者简介：田丰（1983~），男，在读硕士，主要从事特种能源与烟火技
剧，因此拉伸强度随之下降。而 NBR 是非结晶型橡胶，交联密度越低，拉 术。
胶力学性能测试结果表明随着炭黑用量的增加，拉伸强度先增大后降 小，扯断伸长率降低，100%定伸应力呈直线上升，硬度增加。
低，炭黑用量在 60 份时，拉伸强度出现最大值，为 24.51MPa，随着碳黑
3.2 S，促进剂用量影响橡胶分子的交联度，随着 S 和促进剂用量的
用量增大拉伸强度迅速降低，达到 90 份时，拉伸强度为 21.48 MPa，拉伸 依次降低，扯断伸长率和拉伸强度都是先增加后减小，100%定伸、撕裂
关键词：NBR;扯断伸长率;配方设计 表 1 丁腈橡胶实验配方 1 及硫化工艺
丁腈橡胶具有优秀的耐油性，良好的耐热性、耐老化性、耐磨性、导 电性能[1- 3]。广泛有于磁性橡胶，导电橡胶等功能橡胶的基体橡胶，但其 丁腈橡胶属非结晶型橡胶,无自补强性,经炭黑、白炭黑、纳米材料等补 强后才具有使用价值，尤其是填充功能粒子后力学性能有显著下降特 别是扯断伸长率大幅下降不符合使用要求。为改善功能橡胶力学性能， 提高扯断伸长率研究 NBR 基体橡胶的力学性能是十分必要的[8]。笔者 通过相关实验考察了不同炭黑、硫化体系、DOP 用量对 NBR 橡胶扯断 伸长率的影响，在不大幅降低拉伸强度的前提下，设计出高扯断伸长率 的 NBR 橡胶最优化配方。
上，1 为降低 C 用量为 40 份，2- 4 为依次同时降低 S 和促进剂用量的 10%，5 为在 3 的基础上增加 DOP 用量，6 为在 5 的基础上增加 C 的用
图 1 NBR 硫化胶力学性能趋势图
量。
伸强度越低。100%定伸随 S 和促进剂用量的依次降低，先降低后增加。
1.4 制备工艺。在开炼机上进行胶料混炼,硫化胶在平板硫化机上制 撕裂强度随 S 和促进剂用量的依次降低，先降低后增加。随着硫化体系
伸长率和拉伸强度都是先增加后减小，拉伸强度出现极值的原因可能 93- 498
是：交联度适度时，单位面积上承载的网链数随交联度增加而增加，拉伸 [7] E.K. Sichel, J.I. Gittleman (1982) J Electron Mater 11: 699- 744
强度随之上升；而在交联密度过高时，网链不能均匀承载，易集中于局部 [8] M. Saroop, A.K. Ghosh, G.N. Mathur (2003) J Plast Technol 7: 41
强度基本一致。
513- 518
2.2 不同 S，不同 DOP 用量对 NBR 扯断伸长率的影响。1- 4 号样扯 [5] P. Ghosh, A. Chakrabarti (2000) Eur Polym J 36:1043- 1054
断伸长率和拉伸强度变化趋势，随着 S 和促进剂用量的依次降低，扯断 [6] L. Chen, L. Lu, D. j. Wu, G. H. Chen (2007) Polym Composite 284:
源自文库
量逐渐增加，90 份炭黑填充样品相对 50 份炭黑填充样品增加了 16.4%。 (2003) Synthetic Met 135:99- 100
撕裂强度随炭黑的用量增加，先增大后减小。撕裂强度变化趋势与拉伸 [4] Y.P. Duan, S.H. Liu, H.T. Guan (2005) Sci Technol Adv Mat 6:
表 2 丁腈橡胶实验配方 2 及硫化工艺
验机和 XY- 1 型橡胶硬度计,上海化工机械四厂产品。
1.3 试样制备。1.3.1 硫化橡胶配方。a.考察了不同炭黑用量对 NBR
力学性能的影响。具体实验配方如表 1 所示。b.考察不同 S，促进剂用量
对 NBR 力学性能的影响。具体试验配方如表 2 所示。在配方 1 的基础
1 实验 1.1 主要原材料。丁腈胶乳,固形物质量分数为 0.207,中国石油兰 州石化分公司橡胶厂产品；炭黑 N330,上海立事化工实业公司产品；其 他材料均市售。 1.2 主要设备与仪器。XK- 150 型开炼机, 广东湛江机械厂产品； 25 t 平板硫化机, 上海橡胶机械一厂产品；DXLL- 2500 型电子拉力试
摘 要：通过改变炭黑、硫化体系、DOP 填充用量，影响橡胶的补强作用、交联密度和橡胶的塑性，使 NBR 橡胶在不降低拉伸强度的 条件获得较高的扯断伸长率。研究结果表明，降低 C 用量、硫化体系用量，可在不明显降低拉伸强度的基础上，NBR 的扯断伸长率由 251.32%增加到 1039.53%增大 4 倍以上。
强度减小了 12.4%。100%定伸随炭黑用量的增加而逐渐增大，通过图 1 强度先降低后增加，硬度维持基本不变。。
可知，变化趋势呈直线，90 份炭黑填充样品相对 50 份炭黑填充样品增
3.3 综上所述，通过合理炭黑、硫化体系可以获得合适的橡胶力学性
加了 53.0%。而扯断伸长率则随 C 用量增加而逐渐降低，90 份炭黑填充 能。合理的降低 C 用量、硫化体系用量和增加 DOP 用量，可在不明显降
备,硫化条件为 160℃×30min。
用量的减小，橡胶的硬度基本没有发生变化。而增加 DOP 用量能降低硬
1.5 样品分析。硫化胶各项性能均按相应国家标准测试。
度和定伸应力，增加炭黑用量能增加硬度和定伸应力。
2 结果与讨论
3 结论
2.1 不同炭黑用量对 NBR 扯断伸长率的影响。填充普通碳黑硫化
3.1 随炭黑填充用量的增加，NBR 拉伸强度、撕裂强度先增大后减
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高扯断伸长率 NBR 橡胶配方研究
田丰 周兴 张俊
（中北大学化工与环境学院，山西 太原 030051）