胡海華，趙洪國(guó)，李 波，何連成，吳 宇，宋中勤，楊海江

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 石油化工研究院，甘肅 蘭州 730060；2.中國(guó)石油蘭州石化公司 化工儲(chǔ)運(yùn)廠(chǎng)，甘肅 蘭州 730060)

丁腈橡膠(NBR)是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合反應(yīng)制得的無(wú)規(guī)共聚物。因其耐油性好，物理機(jī)械性能優(yōu)異，已被廣泛用于制造各種耐油制品，如O型圈、軟管、墊圈以及燃料箱襯膠、油罐襯里、印刷膠輥、絕緣地面墊板以及電線(xiàn)電纜等領(lǐng)域。許多科技工作者都從不同角度對(duì)國(guó)內(nèi)外NBR進(jìn)行了廣泛研究[1-6]。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上用于高端制品的NBR主要被日本JSR公司所壟斷。近幾年，蘭州石化公司不斷對(duì)NBR產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量攻關(guān)，逐步提高產(chǎn)品質(zhì)量和檔次，針對(duì)的目標(biāo)產(chǎn)品主要是JSR公司NBR產(chǎn)品。本文主要對(duì)蘭州石化公司NBR2907、NBR3305與JSR公司同類(lèi)NBR產(chǎn)品進(jìn)行性能對(duì)比，為蘭州石化公司NBR質(zhì)量攻關(guān)提供方向，同時(shí)也為用戶(hù)使用蘭州石化公司NBR產(chǎn)品提供技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

NBR2907、NBR3305：蘭州石化公司；JSR-230S、JSR-240S、JSR-241：日本JSR公司；其它原料均為橡膠工業(yè)常用助劑。

1.2 儀器設(shè)備

UR-2030型橡膠硫變儀：青島優(yōu)肯科技股份有限公司；AI-7000S型拉力機(jī)：臺(tái)灣高鐵電子儀器有限公司；LX-A型橡膠硬度測(cè)試儀：上海試驗(yàn)儀器總廠(chǎng)；401A型老化試驗(yàn)箱：上海試驗(yàn)儀器總廠(chǎng)；MZ-4061型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)：江都市明珠試驗(yàn)機(jī)械廠(chǎng)；Waters 150 C型凝膠滲透色譜儀：美國(guó)Waters公司；PE-983 G型紅外分光光度儀：美國(guó)Perkin Elmer公司；DMA242型動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析儀：德國(guó)Netzsch公司。

1.3 配方

基本配方(質(zhì)量份，下同)：NBR 100；氧化鋅 5；硬脂酸1.0；硫黃 1.5；炭黑 40.0；促進(jìn)劑 1.0。

1.4 性能測(cè)試

硫化特性按GB 1233—1992進(jìn)行測(cè)試；物理機(jī)械性能按GB 528—1998進(jìn)行測(cè)試；硬度按GB 531—1999進(jìn)行測(cè)試；老化性能在140 ℃×6 h老化后，測(cè)其性能變化率；耐油性能在浸標(biāo)準(zhǔn)油B、23 ℃×72 h后，測(cè)其性能變化；磨耗性能按GB 1689—89進(jìn)行測(cè)試；數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量(Mn)和重均相對(duì)分子質(zhì)量(Mw)測(cè)定條件：流動(dòng)相為四氫呋喃，流速為1.0 mL/min，測(cè)定溫度為30 ℃；微觀結(jié)構(gòu)采用美國(guó)Perkin Elmer公司生產(chǎn)的PE-983 G型紅外分光光度儀測(cè)定；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度使用DMA測(cè)試，測(cè)試條件：升溫速率5 ℃/min，頻率10 Hz，溫度范圍-50～60 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布

各對(duì)比牌號(hào)NBR相對(duì)分子質(zhì)量及其分布如表1所示。

表1 相對(duì)分子質(zhì)量及其分布對(duì)比

從表1可以看出，NBR2907的重均相對(duì)分子質(zhì)量和數(shù)均相對(duì)分子量比JSR240S、JSR241高，且NBR2907的相對(duì)分子質(zhì)量分布比JSR240S、JSR241的相對(duì)分子質(zhì)量分布寬；NBR3305與JSR230S的數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量、重均相對(duì)分子質(zhì)量及其分布基本相當(dāng)。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)組成對(duì)比

各對(duì)比牌號(hào)NBR分子結(jié)構(gòu)微觀組成對(duì)比如表2所示。

表2 分子微觀結(jié)構(gòu)組成

從表2可以看出，NBR2907的結(jié)合丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)比JSR240S、JSR241高約4%，NBR3305的結(jié)合丙烯腈質(zhì)量分?jǐn)?shù)比JSR230S高1.5%，其它結(jié)構(gòu)組成NBR3305與JSR230S基本一致。

2.3 硫化特性對(duì)比

各對(duì)比牌號(hào)NBR的硫化特性如表3所示。

表3 各牌號(hào)NBR硫化特性對(duì)比

從表3可以看出，NBR2907與JSR240S、JSR241相比，NBR2907的焦燒時(shí)間最長(zhǎng)，加工安全性最好，但硫化速度慢，在使用NBR2907時(shí)，特別是在替代JSR240S和JSR241時(shí)，應(yīng)調(diào)整配方，適當(dāng)提高膠料的硫化速度。NBR3305的硫化特性與JSR230S相比，焦燒安全性稍好，硫化速度慢。使用NBR3305替代JSR230S時(shí)要調(diào)整配方中的硫化體系，提高硫化速度，以達(dá)到原有產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

2.4 物理機(jī)械性能對(duì)比

各對(duì)比牌號(hào)NBR的物理機(jī)械性能如表4所示。

表4 物理機(jī)械性能對(duì)比數(shù)據(jù)

從表4可以看出，NBR2907與JSR240S相比，拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形基本相當(dāng)。NBR2907與JSR241相比，拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力比JSR241稍高，其它性能基本相當(dāng)。NBR3305的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力、扯斷伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形與JSR230S基本相當(dāng)。

2.5 耐老化性能對(duì)比

NBR的耐老化性能的好壞對(duì)制品有較大影響，在常壓、高溫的熱空氣中，試樣放置一定時(shí)間，測(cè)量其物理機(jī)械性能的變化。各對(duì)比牌號(hào)NBR的老化性能如表5所示。

表5 耐熱老化性能對(duì)比數(shù)據(jù)

從表5可以看出，NBR2907老化后硬度增加幅度比JSR240S、JSR241大，拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率變化率都比JSR240S、JSR241??；從表5還可以看出，NBR3305老化后的硬度變化、拉伸強(qiáng)度變化率和扯斷伸長(zhǎng)率變化率都比JSR230S小，說(shuō)明NBR3305的老化性能比JSR230S的老化性能稍好。

2.6 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

各對(duì)比牌號(hào)NBR的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度如表6所示。

表6 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對(duì)比結(jié)果

從表6可以看出，NBR2907的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比JSR240S、JSR241的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高2.5～4 ℃，即NBR2907的耐低溫性能比JSR240S、JSR241稍差，這是因?yàn)镹BR2907的結(jié)合丙烯腈含量比JSR240S、JSR241高的緣故。NBR3305的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比JSR230S略高，也是由于NBR3305的結(jié)合丙烯腈含量比JSR230S高而導(dǎo)致的。

2.7 耐磨耗性能對(duì)比

磨耗實(shí)驗(yàn)是采用阿克隆磨耗實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)時(shí)使試樣與砂輪在15°的傾角和26.182 N的負(fù)荷作用下進(jìn)行摩擦，測(cè)定試樣在1.61 km里程時(shí)的磨損體積。各對(duì)比牌號(hào)NBR的耐磨性能如圖1所示。

試樣牌號(hào)圖1 耐磨性能對(duì)比

從圖1可以看出，NBR2907比JSR240S、JSR241的磨耗體積小，說(shuō)明NBR2907的耐磨性能比JSR240S、JSR241好；NBR3305與JSR230S的耐磨性能基本相當(dāng)。

2.8 耐油性能對(duì)比

橡膠的耐油性是指硫化膠抗油類(lèi)作用的能力，在NBR制品中許多制品與NBR的耐油性有關(guān)。耐油實(shí)驗(yàn)是試樣在23 ℃×72 h條件下，浸泡標(biāo)準(zhǔn)油B，然后測(cè)試其性能變化。各對(duì)比牌號(hào)NBR的耐油性能如表7所示。

表7 耐油性能對(duì)比

從表7可以看出，在同等條件下，NBR2907浸泡油后拉伸強(qiáng)度變化率、扯斷伸長(zhǎng)率變化率、硬度變化都比JSR240S、JSR241小，說(shuō)明 NBR2907與JSR240S、JSR241相比具有更好的耐油性能；NBR3305與JSR230S的耐油性能相當(dāng)。

3 結(jié) 論

(1) NBR2907的重均相對(duì)分子質(zhì)量和數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量比JSR241、JSR240S高，且相對(duì)分子質(zhì)量分布比JSR241、240S寬；結(jié)構(gòu)組成中結(jié)合丙烯腈含量高；NBR2907的加工安全性更好，但硫化速度比JSR241、240S慢；NBR2907與JSR240S物理機(jī)械性能相當(dāng)，比JSR241的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力稍大；老化性能比JSR241、JSR240S稍好；低溫性能不如JSR241、JSR240S；磨耗性能和耐油性能比JSR240S和JSR241好。

(2) NBR3305的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、物理機(jī)械性能 、耐磨性能、耐油性能與JSR230S相當(dāng)；結(jié)構(gòu)組成中結(jié)合丙烯腈含量略高；焦燒時(shí)間長(zhǎng)，硫化速度慢；NBR3305的老化性能比JSR230S稍好，低溫性能較JSR230S稍差。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 盧春華，王東巍，屈海峰，等.丁腈橡膠生產(chǎn)及市場(chǎng)分析[J].彈性體，2012，22(50)：76-79.

[2] 譚亮紅，林達(dá)文，周淑華，等.TG法分析NBR硫化膠組分含量的研究[J].彈性體，2005，15(1)：47-49.

[3] 王炳昕，馮曉萌，劉 莉.炭黑對(duì)NBR復(fù)合材料交聯(lián)密度和力學(xué)性能的影響[J].彈性體，2013，23(6)：16-20.

[4] 楊偉燕.國(guó)內(nèi)外NBR性能對(duì)比[J].橡膠工業(yè)，2004，51(5)：278-280.

[5] 李書(shū)琴，林裔珍，陳鼎希.幾種NBR基本性能評(píng)價(jià)[J].橡膠工業(yè)，1999，46(11)：656-659.

[6] 王振華，李錦山，叢瑜滋，等.從GPC圖譜探討蘭州石化丁腈橡膠質(zhì)量[J].世界橡膠工業(yè)，2008，35(11)：37-40.