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CR/BR/SBR三元共混物性能的研究

作者:admin  来源:本站  发表时间:2011-7-5 14:36:33  点击:2087
  研究了不同共混比的CR/BR/SBR三元共混胶的硫化特性以及硫化胶的力学性能、耐热老化性能和压缩弹性模量。研究结果表明:当CR用量为75份时,t90随SBR用量的增加而延长,共混比为75/20/5和75/5/20时t90分别较短和较长,为1302s和1792s;MH随着SBR用量的增加而降低,共混比为75/5/20时较低,为31.5dN·m。当CR用量为75份时,共混硫化胶的拉伸强度随SBR用量的增加而增大,共混比为75/5/20时,硫化胶的力学性能较好,拉伸强度达到18.3MPa,扯断伸长率为540%。共混比为75/5/20时,共混硫化胶的老化后综合力学性能最优。—20℃以上,共混硫化胶的压缩弹性模量随CR用量的减小而降低;CR用量为75份时,共混硫化胶的压缩弹性模量最低,此时BR和SBR用量变化对压缩弹性模量的影响不大,压缩弹性模量曲线随温度变化幅度较小,共混硫化胶的压缩弹性模量对温度的稳定性较高。
  高聚物的物理性能一般会随温度而发生变化,橡胶的模量、硬度、压缩回弹性等性能都与温度有一定的关系,某些甚至有严重的影响。氯丁橡胶(CR)是一种通用型特种橡胶,具有耐候、阻燃、耐油、耐水、耐化学腐蚀等优异特性;氯丁橡胶与天然橡胶有相似的化学结构,具有均匀的立体构型,能结晶;因此氯丁橡胶的耐寒性较差,温度稳定性较低。工程上,一般采用与其他橡胶并用改性的方法来改善,以提高产品性能。
  顺丁橡胶(BR)的特点是弹性好,耐磨性高、耐寒性优异,玻璃化温度Tg和脆性温度Tb最低,结晶温度Tc也低,因此氯丁橡胶与顺丁橡胶共混可以改善其粘辊性,同时提高其耐寒性和对温度稳定性;丁苯橡胶(SBR)具有耐磨性、耐热性、耐油性、耐曲绕性能较好等优点,并且容易与其他不饱和性通用橡胶并用。氯丁橡胶可以与丁苯橡胶以任意比例共混,并用SBR后,共混硫化胶的低温性能和抗结晶性能改善,脆性温度下降,温度稳定性提高。本文主要探讨了以CR为主要组分的CR/BR/SBR三元共混物的性能。
  1实验
  1.1原材料
  氯丁橡胶,牌号CR230,重庆长寿化工有限公司产品;顺丁橡胶:北京燕山石化产品;丁苯橡胶,牌号SBRl502,山东齐鲁化工厂产品;其他配合剂均为橡胶工业国产常用原料。
  1.2基本配方
  CR母炼胶:CR100,氧化锌5,氧化镁4,硬脂酸1,炭黑N22030,30#机油10,防老剂RD1。
  BR母炼胶:BR100,氧化锌5,S2.0,促进剂M0.9,硬脂酸1,炭黑N22030,30#机油10,防老剂RD1。
  SBR母炼胶:SBR100,氧化锌5,S2.0,促进剂M0.9,硬脂酸1,炭黑N22030,30#机油10,防老剂RD1。
  CR/BR/SBR共混胶按母炼胶生胶比例制备。
  1.3仪器设备
  XK—160型开炼机,广东湛江机械厂产品;MM4130C型无转子硫化仪,北京环峰化工机械实验厂产品;XLB—D250KN油压电热平板硫化机,浙江湖州宏图机械厂产品。XXL—2500N材料拉力机,上海化工机械四厂产品;GT—7017—M老化箱,高铁检测仪器(东莞)有限公司产品;万能试验机IN-STRON5500R,英国INSTRON公司产品。
  1.4共混工艺与试样制备
  (1)混炼胶
  开炼机辊矩调为1mm,生胶过辊薄通5次,然后调大辊距,包辊,交替加入炭黑和机油,待炭黑完全混入后,先加入加工助剂和防老剂,后加入促进剂和硫化剂等,然后打三角包、打卷各5次,出片,分别制得CR、BR和SBR的母炼胶。在开炼机同时加入CR、BR和SBR的母炼胶,共混,打三角包、打卷各5次,下料。停放8h,待用。
  (2)力学性能试样
  按照压延方向裁片,在25吨电热平板硫化机上硫化。硫化胶停放8小时后,用标准刀具裁样。
  (3)压缩模量试样
  将停放后的共混胶料翻炼,使胶料包辊,在无气泡条件下按试样模型型腔孔径打卷,切取适当长度,装入压缩模量专用模型硫化。模型型腔尺寸为φ90mmXl2.5mm。
  1.5性能测试
  (1)硫化特性按CT/T16584—1996标准测定,硫化温度为150℃,量程为(0—50)dN·m。
  (2)拉伸性能按GB/T528—92测定,硬度按GB/T531—92。硫化条件为150℃t90。
  (3)热空气老化性能按GB3512—89测定,老化条件:热空气,125℃X72h。老化数据表征方法:性能保持率=老化前性能/老化后性能X100%
  (4)压缩模量在万能实验机上按GB/T7757—93测定,液氮冷却,测温范围—40℃~40℃。
  2结果与讨论
  2.1不同共混比的CR/BR/SBR共混胶的硫化特性
  CR/BR/SBR三元共混物的硫化特性参数如表1所示。从表中数据可见,三元共混物的焦烧时间t10受共混比影响不大。而正硫化时间t90则有较大不同,在CR用量为75份时,随SBR用量的增加而延长,在共混比为75/20/5时最小,为1302s,在75/5/20时最大,达到1792s;这主要是由于SBR采用硫黄硫化休系,而CR分子双键碳原子上连有电负性强的氯原子降低了双键的活性,因此采用硫黄硫化体系的SBR胶料会对作为主体的CR硫化体系起稀释作用,随SBR用量的增大,这种稀释作用增强,因此硫化速度减少。在CR用量为75份时,共混胶的转矩SBR用量增加而降低,在75/5/20时最低,MH为31.5dN·m,这说明SBR对CR转矩的降低程度高于BR。
  表1不同共混比的CR/BR/SBR共混胶硫化特性
  
  2.2不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的力学性能
  表2所示是不同共混比的CR/BR/SBR共混硫化胶的力学性能。从表中数据可以看出,当CR用量为75份时,不同共混比硫化胶的拉伸强度变化较大。共混硫化胶的拉伸强度随SBR用量的增加而增大,在CR/BR/SBR共混比为75/20/5时仅为13.17MPa,而共混比为75/5/20时增大到18.3MPa,高于CR/BR和CR/SBR共混比为75/25时共混胶的强度。这是因为SBR对CR/BR共混物起到增容剂的作用,SBR中丁二烯嵌段与BR分子有相似的化学结构,而苯乙烯嵌段与CR分子之间的界面张力很低,因此其存在于BR与CR之间,增加共混物各相的分散,使共混物具有良好的力学性能;随SBR用量的增大,其增容效果越明显,因此CR/BR/SBR共混物的拉伸强度随SBR用量增加而增大。当CR用量为75份时,共混硫化胶的扯断伸长率随SBR用量增加而增大,共混比为75/5/20时达到最大540%;共混硫化胶的300%定伸应力和硬度随SBR和BR用量不同而变化不大。
  表2不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的力学性能
  
  2.3不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的耐热老化性能
  CR/BR/SBR硫化胶的热空气老化后拉伸强度保持率与扯断伸长率保持率如表3所示。从表中数据可以看到,CR含量一定的情况下,共混硫化胶的拉伸强度保持率在BR与SBR用量接近时较小,在BR与SBR用量差距较大时拉伸强度保持率反而较高。共混比为75/20/5时,共混硫化胶的拉伸强度保持率达到103.9%,但硫化胶老化前力学性能较低,拉伸强度仅为13.2MPa,因此老化对其拉伸强度的影响不大。共混比为75/5/20时,拉伸强度保持率达到81.6%。这是因为在该共混比之下,共混胶的t90最长,共硫化速度最慢,硫化不够充分,而老化则促进了其未充分反应的硫化剂进一步反应,作用相当于二次硫化,因此其老化后力学性能较好;此时拉伸强度为14.9MPa,伸长率为320%,在所研究的老化后共混硫化胶中力学性能最佳。
  表3不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的耐热老化性能
  
  *老化条件:125℃x72h、热空气老化
  2.4不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的压缩弹性模量
  三元共混物的压缩弹性模量较复杂,因此按CR的用量分为75份和75份以上两种情况来讨论。图1(a)和图1(b)分别为CR用量为75份以上和75份时,不同共混比的CR/BR/SBR硫化胶的压缩弹性模量随温度变化曲线。从图中可以看出,不同共混比CR/BR/SBR共混硫化胶的压缩弹性模量差距显著。—20℃以上时,共混硫化胶的压缩弹性模量随CR含量降低而降低;CR用量一定时,SBR含量越高,BR含量越低,共混物的模量越低。这说明SBR对共混物的压缩弹性模量降低程度比BR高很多,这可能是因为SBR与CR相容性比BR更好的缘故。
  低温部分共混硫化胶的压缩弹性模量有特殊表现。—40℃时,CR用量为90份的共混硫化胶的压缩弹性模量略高于纯CR硫化胶的,达到了563MPa;共混比为85/5/10时,共混硫化胶的压缩模量最高,达到870Mpa,高于纯CR硫化胶的模量;这有别于常温时CR含量越小共混硫化胶压缩弹性模量越低的规律,因此,这个工作有待理论上的进一步研究。CR用量为80份的时,SBR用量对低温时的共混硫化胶压缩弹性模量影响显著,当SBR用量超过15份时压缩弹性模量大幅度下降,从共混比为80/15/5时的751MPa,降低为80/5/15时的210MPa。
  随着CR用量降低至75份,共混硫化胶的压缩弹性模量降低;—20℃以下,共混比为75/20/5时共混硫化胶的压缩弹性模量在—40℃最低,仅为181MPa。一20℃以上,共混硫化胶的压缩弹性模量随SBR与BR用量不同变化较小;共混硫化胶的压缩弹性模量曲线随温度变化幅度较小,温度变化时共混硫化胶的压缩弹性模量稳定性较高。
  
  图l不同共混比CR/BR/SBR硫化胶的压缩弹性模量随温度变化曲线
  3结论
  (1)当CR用量为75份时,CR/BR/SBR三元共混胶的正硫化时间t90随SBR用量的增加而延长,共混比为75/20/5和75/5/20时t90分别最短和最长,为1302s和1792s;共混胶的最高转矩MH随着SBR用量的增加而降低,在共混比为75/5/20时最低,为31.5dN·m。
  (2)当CR用量为75份时,CR/BR/SBR三元共混胶的拉伸强度随SBR用量的增加而增大,共混比为75/5/20时,硫化胶的力学性能较好,拉伸强度达到18.3MPa,扯断伸长率为540%。300%定伸应力、扯断伸长率和硬度随SBR用量的增加变化不大。
  (3)CR/BR/SBR三元共混硫化胶的耐热老化性能随共混比变化有较大的差异。在共混比为75/20/5时拉伸强度保持率和扯断伸长率保持率最大。共混比为75/5/20时,共混硫化胶的老化后力学性能较优。
  (4)在—20℃以上,CR/BR/SBR三元共混硫化胶的压缩弹性模量随CR用量的减小而降低。SBR对共混硫化胶的压缩弹性模量降低效果比BR大,相同CR用量下SBR含量增加,硫化胶压缩弹性模量降低。CR用量为75份时压缩弹性模量最低,此时BR和SBR含量对压缩弹性模量的影响不大,压缩弹性模量随温度变化影响不大,温度稳定性较好。 

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