趙桂英，王忠光，楊昭(徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140)
摘要：采用低生熱的補強配合體系， 對比研究了炭黑的種類、用量以及炭黑的并用配比對丁腈橡膠(NBR) 皮膜膠料性能的影響;對膠料硫化特性、力學性能及屈撓性能的測試結果表明，炭黑N660 的補強效果優于N774，炭黑的最佳用量為70份;隨著N550/N660 并用配比中N550 用量的增加，膠料的拉伸強度、撕裂強度及屈撓性能逐漸提高;當N550/N660 配比在40/30~50/20 之間時，NBR 膠料的綜合性能最好;考慮到NBR 膠料的性價比，確定40/30 為N550/N660 的最佳并用比。
關鍵詞：炭黑;丁腈橡膠;皮膜;性能
中圖分類號：TQ330.381 TQ333.7 文章編號：1009-797X(2014)20-0040-04 文獻標識碼：B
氣動隔膜泵是一種新型流體輸送機械， 是目前國內逐步推廣應用的一種泵類。該泵采用壓縮空氣為動力源， 對于各種腐蝕性液體， 帶顆粒的液體， 高黏度、易揮發、易燃、劇毒的液體， 均能予以抽光吸盡[1]。隔膜泵橡膠皮膜是一片碗狀的內嵌增強織物的橡膠膜片， 安裝于隔膜泵腔體中間， 邊緣固定在泵體上， 由一邊的動力源作用將膜片來回推動， 通過膜片的來回移動來改變隔膜泵另一邊腔體的空間， 利用兩片單向閥將流體( 水、化學液體等) 從泵的一端吸入， 向另一端排出[2]。因此， 要求隔膜泵橡膠皮膜具有一定的耐腐蝕性、良好的柔韌性、耐屈撓疲勞性， 低生熱， 以提高隔膜泵橡膠皮膜的使用壽命。
丁腈橡膠(NBR) 是丁二烯與丙烯腈兩種單體經乳液聚合得到的共聚物;其耐油、耐熱、耐苯以及物理機械性能的優異性， 作為耐油橡膠制品的彈性體，廣泛應用于航空航天、化工、汽車、石油開采、電線電纜、印刷、食品包裝和紡織等領域[3]。橡膠制品中使用的填充補強劑占整個原材料的10%~15%， 其性能好壞直接影響產品的性能和質量以及產品成本， 橡膠制品中配合一定量的炭黑可以起到補強和填充作用以改善橡膠制品的性能。本研究以丁腈橡膠為主體材料，采用了低生熱的補強配合體系，對比分析了炭黑的種類、用量以及不同炭黑的并用對NBR 皮膜膠料硫化特性、力學性能及屈撓性能的影響。
1· 實驗部分
1.1 主要原材料
NBR-41 ：蘭化公司產品;N550 ：卡博特快壓出炭黑;N660 ：卡博特通用爐黑;N774半補強炭黑：天津億博瑞化工有限公司;氧化鋅、硬脂酸：中國石化南京化工廠;促進劑、防老劑、軟化劑等為市售產品。
1.2 基本配方
NBR 100 份(質量份，下同)，氧化鋅5 份，硬脂酸1 份，DOP 15 份，防老劑2.2 份，促進劑2 份， 硫磺0.5 份， 炭黑N660、N774、以及N660/N550 并用比均為變量。
1.3 主要設備與儀器
開放式煉膠機XK-160、平板硫化機QLB-50D/Q ：無錫市第一橡塑機械有限公司產品;無轉子硫化儀GT-M2000-A ：臺灣高鐵科技股份有限公司產品;高低溫拉力試驗機GT-AI-7000-GD ：臺灣高鐵科技股份有限公司產品;邵氏硬度計、擺錘式沖擊彈性儀、屈撓試驗機：江都市試驗機械廠產品。
1.4 試樣制備
1.4.1 混煉膠制備
用切膠機將丁腈橡膠切成便于加工的小塊膠料，然后用16 寸的開煉機進行塑混煉，混煉過程及時調整冷卻水流量， 使輥筒溫度控制在65 ℃ 以下。此次試驗的加料順序為：丁腈橡膠— 氧化鋅— 硬脂酸— 防老劑、促進劑—炭黑—DOP— 硫磺， 待混煉均勻后下片， 停放[4]。
1.4.2 硫化試樣制備
將混煉膠在室溫放置24 h 后， 采用平板硫化機進行硫化試樣的制備;硫化條件為，溫度：160 ℃，時間：t90，壓力：15 MPa。硫化后的試片在室溫下停放12~36 h， 然后采用沖片機進行沖裁及性能測試。
1.5 性能測試[5]
硫化特性按GB/T16584—1996 橡膠用無轉子硫化儀測定硫化特性進行， 實驗條件為160 ℃， 壓力為0.35 MPa~0.60 MPa ;拉伸性能按GB/T528—2009 硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測試進行;撕裂性能按GB/T529—2008 硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強度的測定( 直角形) 進行;沖擊彈性按GB/T1681—2006 硫化橡膠回彈性的測定進行;硬度按照GB/T 531—1999 硫化橡膠邵爾A硬度試驗方法進行測試;屈撓性能采用GB/T13934—1992 硫化橡膠屈撓龜裂的測定進行。
2 ·結果與討論
2.1 炭黑的種類及用量對NBR 皮膜膠料性能的影響
炭黑作為橡膠的主要補強劑， 其粒徑、結構度和表面活性等對膠料的性能有重要的影響;本研究以丁腈橡膠配方為標準， 采用N660、N774 兩種粒徑較大的炭黑為補強劑，對比分析了炭黑的種類及用量對NBR 皮膜膠料性能的影響。本研究采用的炭黑配方如下表1 所示。
炭黑的種類及用量對NBR 膠料性能影響如下表2 所示。
從表2 可以看出，6 個配方膠料的焦燒時間t10 均在1:05~1:23(m:s) 之間， 工藝正硫化時間t90 在16:35~17:23(m:s) 之間， 說明N660、N774 的用量對NBR 膠料的硫化特性影響不大。
從表2 還可看出， 隨著炭黑用量的增加，NBR 膠料的邵氏硬度、拉伸強度、300% 定伸應力逐漸增加， 扯斷伸長率逐漸降低;當炭黑用量相同時，N660 填充膠料的邵氏硬度、拉伸強度、300% 定伸應力均大于N774 填充膠，而扯斷伸長率小于N774 填充膠;原因可能是N660 相對于N774 來講，粒子較細，結構較高，易于在橡膠中的分散， 形成結合橡膠比例大，因此對橡膠的補強效果好于N770。膠料的撕裂強度隨炭黑用量的增加先增加后基本保持不變，說明炭黑N660、N770 在一定用量范圍內， 可以改善膠料的抗撕裂性能;6 個配方膠料的彈性均在64%~71% 之間，彈性較高，膠料柔韌性好，可能是N660、N774 粒子較粗，填充的比較松散，分子之間的空隙較大， 使得分子鏈之間的作用力減弱， 分子鏈的滑動能力增強， 受到外力沖擊后， 具有較好的恢復變形能力。從膠料屈撓龜裂測試數據可以看出， 填充N660 膠料的屈撓次數明顯大于填充N774 膠料，說明N660 填充膠的耐曲撓性能好。當N660 的用量為70 份時，NBR 膠料的綜合性能最好。
2.2 炭黑并用對NBR 皮膜膠料性能的影響
粒徑、結構及表面化學性質不同的兩種炭黑并用， 分散過程中會互相影響， 能提高其在膠料中的的分散性及膠料的物理機械性能， 產生優勢互補的效果;本研究將N550 與N660 兩種炭黑并用，對比分析炭黑的并用比對NBR 填充膠料性能的影響。采用的炭黑并用配方如表3所示。
炭黑N550/N660 并用比對NBR 性能的影響見下表4。從表4 可以看出， 隨著N550/N660 并用配比中N550 含量的增加，膠料的焦燒時間t10 和工藝正硫化時間t90 逐漸減少， 增加N550 的用量能縮短膠料的硫化時間， 但影響不大。
從表4 還可看出， 隨著N550/N660 并用配比中N550 用量的增加， 膠料的拉伸強度、300% 定伸應力逐漸增加;當N550/N660 并用配比為50/20 時， 達到最大值;原因可能是N550 結構高，易分散，在軟質炭黑中，其補強性能最高。膠料的硬度隨著N550 用量的增加有所降低;而膠料的彈性先增加后降低， 但變化不大;隨著N550/N660 并用配比中N550 用量的增加， 膠料的撕裂強度和屈撓性能有一定的提高。
與70 份N660 填充膠性能相對比， 當N550/N660 配比在40/30~50/20 之間時， 炭黑并用膠的拉伸強度、扯斷伸長率較大;而硬度、300% 定伸應力、彈性小于N660 填充膠;并用膠的撕裂強度、屈撓性能明顯大于N660 填充膠;說明N550/N660 炭黑并用產生了協同效應，提高了炭黑的分散性能，使膠料的抗撕裂性能、耐曲撓等性能得到改善。
3 ·結論
采用炭黑N660、N774 作為NBR 的填充補強劑，隨著炭黑用量的增加，膠料的拉伸強度、300% 定伸應力逐漸提高;其中N660 的補強效果優于N774 ;當N660 用量為70 份時， 膠料的撕裂強度和屈撓性能達到最大值。
隨著N550/N660 并用配比中N550 用量的增加， 膠料的拉伸性能、300% 定伸應力、撕裂強度及屈撓性能逐漸提高;當N550/N660 配比為40/30~50/20 之間時，NBR 膠料的綜合性能最好;考慮到NBR 膠料的成本，確定N550/N660 的并用配比為40/30 時，膠料的性價比最高。
在NBR 皮膜膠料中，采用N550、N660 兩種炭黑并用， 產生了協同效應， 提高了炭黑的分散性及硫化膠的物理機械性能。
參考文獻：
[1]裴晉平. 氣動隔膜泵在藥品和與食品生產中的應用[ J ] .醫藥工程設計，2009，30(05) ：23~26.
[2]鄧治國. 隔膜泵高屈撓丁腈皮膜的研制[J] . 世界橡膠工業，2013，40(8) ：34~37.
[3]王忠超. 丁腈橡膠性能影響因素[D]. 西北師范大學碩士學位論文，2012，05.
[4]翁國文. 配合與塑混煉操作技術[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，2008，28~32.
[5]趙桂英，王忠光. 高分子材料性能測試技術[M]. 北京：化學工業出版社，2013.20~127.
