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• 发布时间：2015-08-05
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【概要描述】摘要：采用尼龙66改性NBR制备新材料NBR/PA66合金，并研究了新材料的物理性能和用途。结果表明，新材料在保持NBR低温弹性的同时，提高了NBR的耐油性能。
关键词：NBR；NBR/PA66合金；尼龙66；耐油性能；脆性温度

　　 NBR/PA66合金是以NBR为主体，用PA66（尼龙66）做改性剂，采用机械共混技术制造的改性橡胶，其突出的特点是即耐油又耐低温。可用于橡胶通用的工艺设备、材料和技术，生产各种橡胶制品。
　　 丁腈胶有多种牌号，各种牌号的性能不同，通常用丁腈胶的丙烯腈含量不同来区分，就丁腈胶的耐油性能来说，随着丙烯腈含量的增加而变好，但低温性能则变差。丁腈胶18的脆性温度是-50℃；丁腈胶40的脆性温度是-23℃。丁腈胶18的低温弹性好但耐油性能不如丁腈胶40。人们一直在设法解决这个问题，但效果不明显。用尼龙66树脂改性丁腈胶18后的 NBR/PA66合金，就解决了这个问题。既保留了丁腈胶18的低温性能又使其耐油性能达到近于丁腈胶40的水平。目前该产品已申报专利，有小批量生产。正在安装一条生产线，生产能力为 300t/a。将按丙烯腈的含量不同，分成系列产品，积累数据，建立产品标准。

　　 表1是不同质量比丁腈胶和尼龙66共混物对物理性能的影响。


表1  丁腈胶和尼龙66共混比的物理性能





NBR3355 g


95


90


85


80




PA66 g


5


10


15


20




拉伸强度,MPa


4.6


7.2


9.49


9.02




拉断伸长率,%


590


484


451


353




邵尔A硬度,度


52


62


68


72




拉伸永久变形，%


8


8


11.2


12.8





基本配方（质量份）：氧化锌，5；硬脂酸，1.6；硫黄，2；生胶，100；（NBR/PA66，质量比变量）
硫化条件为160℃×12min。

　　 尼龙66对丁腈胶有补强作用，随着尼龙66用量的增加，共混物的强度增加，硬度增加，伸长率下降。尼龙66含量对共混物中丁腈胶的硫化程度（交联密度）、弹性、伸长率均有影响，为保持橡胶的特点，尼龙66/丁腈胶的质量比采用20/ 80。命名为“NBR/PA66合金”。
　　 “NBR/PA66合金”和普通丁腈胶一样，可采用传统的橡胶设备生产各类橡胶制品；应用橡胶的各种配合剂和配方设计技术，设计配方；采用现有的炼胶、挤出、压延、硫化、注塑等工艺方法，制造模压件、胶管、胶布等橡胶制品。
2.2 “NBR/PA66合金”脆性温度和丁腈胶丙烯腈含量的关系 
　　 选择丙烯腈含量的丁腈胶18及丁腈18/PA66合金；丁腈胶40和丁腈胶40/PA66合金，对低温性能做对比试验其物理性能对比见表2。
　　 从表2可看出，纯丁腈胶和丁腈胶/PA66合金的脆性温度接近，同在试验误差范围内，PA66的掺入量在试验条件下，对脆性温度没有影响，对其它性能有影响。
　　 橡胶中的丙烯腈含量和脆性温度相关。

表 2 不同型号丁腈胶和丁腈胶/PA66物理性能的对比


　　注：配方：生胶，100；氧化锌，5； 硬脂酸，1.6；DM，1.6；DTDM，3。硫化条件为160℃× 24min

　　为找到橡胶中丙烯腈含量对脆性温度的关系，用不同丙烯腈含量的丁腈胶及其相应的PA66合金测试脆性温度，结果见表3。
　　 从表3可看出，丁腈胶(NBR)与“NBR/PA66合金”的脆性温度相近。


表 3“ NBR/PA66合金”中的丙烯腈含量和脆性




NBR的丙烯晴含量  %

19


20


27


33


40




“NBR/PA66合金”的脆性温度  ℃


-49


-45


-34


-26


-22




丁腈胶的脆性温度  ℃


-50


-45


-33


-26


-23






　　 为更直观的描述丁腈胶和“NBR/PA66合金”的低温性能，将表3的数据用进行统计处理得到：丁腈胶的丙烯腈含量和脆性温度相关，式（1）。

　　 脆性温度=A+Bx+Cx2　　　　（式1）
　　　　 式中：A为-110.48；
　　　　　　　 B为4.138621954；
　　　　　　　 C为-0.048567545；
　　　　　　　 x为丙烯腈含量。

 

图1  纯NBR丙烯腈含量与脆性温度的关系

　　式（1）描述了丁腈胶丙烯腈含量与脆性温度的关系，用于对不同丙烯晴含量的丁腈胶脆性温度的估计。“NBR/PA66合金”的脆性温度几乎和原胶一样，但耐油性能提高了。
2.3 “NBR/PA66合金”的耐介质性能
　　 尼龙66改性丁腈胶的目的就是进一步提高丁腈胶的耐油性能。用以下几种介质为代表来描述“NBR/PA66合金”的耐油性能。
2.3.1 耐甲苯
　　 甲苯为丁腈胶的溶剂，丁腈胶在甲苯介质中的变化即苛刻又敏感。 表4为“NBR/PA66合金”中丙烯腈含量与耐甲苯的关系。从表4可看出，材料的耐介质性能随着丙烯腈含量的增加而变好。


表4不同丙烯晴含量的丁腈胶及其相应的” NBR/PA66合金”耐甲苯的关系




项目

数据




丁腈胶中的丙烯晴含量　%


18


22


26


30


33


38


41




丁腈胶在甲苯中的重量变化　g%


536


408


306


230


191


159


160




相对应的“NBR/PA66合金”　g%


166


144


126


112


104


94


92





注：配方为丁腈胶或（NBR/PA66合金），100；氧化锌，5；硬脂酸，1.6；DM，1.6； 硫黄，2。硫化条件为160℃×10min，试验条件为常温×72h，质量变化。

 

图2  丁腈胶和“NBR/PA66合金“耐甲苯的对比

　　图2是表4的形象化，更直观。说明丁腈胶及“NBR/PA66合金”在相同的介质中的变化趋势。图2中的纯丁腈胶和“NBR/PA66合金”的两条曲线的耐油质量变化斜率不同。纯丁腈胶的丙烯腈含量对耐油性影响远大于其相应的“NBR/PA66合金”。还可看出，丙烯腈质量分数为40%的丁腈胶和丙烯腈质量分数为18%的“NBR/PA66合金”的耐油性能相近。纯丁腈胶40的重量变化为160%；“NBR18/PA66合金”为166%。就是说2种材料的耐甲苯性能接近。表3的数据说明两者的低温脆性相差很大，丁腈胶40的脆性温度为-23℃；丁腈胶18的“NBR/PA66合金”脆性温度为-49℃。因此说“NBR18/PA66合金”是耐油、耐低温的新材料。
　　 NBR和NBR/PA66合金耐甲苯的质量变化和体积变化见图4。试验配方:生胶（共混物）,100；氧化锌，5；硬脂酸，1.6；DM，1.6； DTDM，3。硫化条件为160℃×24min。

 

□-质量变化（40℃×70h,g%）；■-体积变化（40℃×70h,v%）。
图4 耐甲苯介质的变化

　　甲苯是NBR的良溶剂，用它做介质是为了更容易看出NBR改性前后的变化。从图4可看出，改性后的NBR/PA66耐油性能明显提高，尤其是NBR18改变最大。
2.3.2 耐3#燃油
　　 表5为NBR及NBR/PA66体积和质量变化值。从表5可看出，NBR18的体积变化为244.5； NBR18/PA66为136.5，比NBR18小得多。NBR40为89.5，NBR40/PA66是56.6。体现了NBR/PA66合金的耐3#油优势。


表5 介质3#燃油40℃×70h时的质量和体积变化


　　注：配方为生胶，100；氧化锌，5； 硬脂酸，1.6；DM，1.6；DTDM，3。硫化条件为160℃×24min。

 

□-质量变化（40℃×70h,g%）；■-体积变化（40℃×70h,v%）。
图5 耐3#燃油的质量和体积变化

　　图5是表5的形象化，更直观地显示了耐3#燃油的变化。对于一般NBR，3#油体积变化较大，现可通过选择不同型号的NBR/PA66合金做应用配方，平衡耐油和低温性能，达到综合指标满意的结果。
2.3.3 空压机油
　　 空压机的工作温度较高，选择150℃试验温度，目的是要考核NBR/PA66在高温环境下的行为。表6为NBR和NBR/PA66空压机油在150℃×48h的质量变化和体积变化。从表6 可以看出，NBR/PA66合金的耐空压机油好于NBR。
 

表6 空压机油 150℃×48h质量和体积变化


　　注：配方为生胶，100；氧化锌，5； 硬脂酸，1.6；DM，1.6；DTDM，3。硫化条件为160℃×24min。


　　 从以上3种介质的耐油试验数据表明，尼龙66改性NBR后，在试验的介质中耐油性能均有所提高。
2.4 热老化性能
2.4.1 拉伸强度
　　 NBR中掺入尼龙66对热空气老化性能的影响见表7。选择2个老化温度，对NBR及NBR/PA66进行对比试验。老化条件：介质空气×24h，温度分别为130,140℃。
　　 从表7可看出，NBR18/PA66合金热老化后拉伸强度及拉伸强度保持率，都明显好于原胶料，且拉伸强度的绝对值很高。


表7 NBR与NBR/PA66合金在130，140℃老化后的拉伸强度


 

2.4.2 拉断伸长率
　　 表8为不同温度老化后的拉断伸长率变化。从表8可看出，NBR的原始拉断伸长率高于NBR/PA66合金，但老化后的拉断伸长率保持率接近。从而可知，NBR掺入尼龙66后，对老化性能的影响不十分明显。


表8 不同温度老化后的拉断伸长率变化



3 结论
　　 本工作以试验数据，初步描述了NBR/PA66合金的性能，其突出点是提高了NBR的耐油性能，基本保持原胶料的脆性温度。NBR18/PA66合金，保持了NBR18的低温弹性，同时又达到了NBR40的耐油性能。其脆性温度为-50℃，耐介质为NBR40的水平。NBR40/PA66较NBR40的耐油性能更好。