褚風民，申英俊(天津市橡膠工業研究所，天津，300384)
摘要：長期在水中使用的氯丁橡膠的耐水性能對其電絕緣性能及物理機械性能有著顯著影響，而其耐水性能與配合劑有著密切關系。本文通過基礎配合試驗，制備多組樣品，經過1 年的跟蹤測試，考察了金屬氧化物和炭黑對氯丁橡膠吸水性能的影響。結果發現，隨著炭黑份數的增大，氯丁橡膠的吸水增重率增加，耐水性能下降。含有氧化鋅的膠料與含有氧化鉛的膠料相比，耐水性能基本相當。氧化鎂對氯丁橡膠的吸水增重率有著較大影響。
關鍵詞：氯丁橡膠;吸水性能;金屬氧化物
氯丁橡膠具有優良的耐老化、耐水性能[1]，其聲阻抗與水接近，因而在水下聲學材料領域有著重要應用[2]。同時氯丁橡膠具有良好的粘合性能，在粘合劑方面占有突出地位，尤其是水下應用的粘合制品較多。長期應用于水下的氯丁橡膠吸水率增大，能夠顯著降低其電絕緣性能及物理機械性能。氯丁橡膠一般使用金屬氧化物作為交聯劑，同時在配合過程中一般需加入炭黑等填料，以改善膠料的工藝性能，提高膠料的定伸強度、撕裂強度及耐磨性能。由于各種交聯劑和填料的性質不同，有疏水性材料也有親水性材料，這就需要對各種主要配合劑進行配合試驗，以便準確了解各材料對氯丁橡膠的吸水增重性能的影響。本文通過基礎配合，制備多組樣品，通過1 年時間的跟蹤測試，對金屬氧化物及炭黑對氯丁橡膠的吸水增重性能進行了研究，以期對改善氯丁橡膠的耐水性能的配方設計提供參考。
1·試驗
1.1 主要原材料
氯丁橡膠CR，牌號A90、B30，日本電氣化學工業株式會社產品;氧化鋅，工業級，上海京華化工廠產品;氧化鎂，工業級，上海京華化工廠產品;氧化鉛，工業級，天津安明恒信橡膠商貿公司產品;炭黑，牌號N330，天津卡博特公司產品。
1.2 試驗配方
試驗配方見表1。
1.3 主要儀器設備
XK-160 開煉機，上海第一橡膠機械廠產品;50t 平板硫化機，上海西瑪偉力橡塑機械有限公司產品;分析天平，上海天平儀器廠產品。
1.4 膠料混煉
將氯丁橡膠置于輥溫為20~40℃的開煉機上薄通3~5 遍，加入防老劑、炭黑，然后加入金屬氧化物，薄通5 遍后出片。
1.5 膠料硫化
在140℃的平板硫化機上，壓力為15MPa 下，硫化15min。試樣尺寸約為20mm×20mm×2mm。
1.6 吸水增重率的測量
將試樣放置于盛有水的磨口瓶中，浸泡至規定時間(3d、11d、40d、365d)后取出，用濾紙吸取表面水份后，在分析天平上稱重。稱重完成后將試樣重新放置于水中繼續浸泡。
2 ·結果與討論
2.1 炭黑對吸水性能的影響
配方2 與配方3 相比，炭黑份數增加了20 份，兩配方的吸水增重情況見圖1所示。
由圖1 可以看出，隨著浸泡時間的延長，與炭黑添加量較小的配方2 相比，配方3 的吸水增重更大，可見炭黑對氯丁橡膠的吸水性能有著不利影響。炭黑自身的化合水很少[3]，主要是吸附水，在水中浸泡過程中水份逐漸吸附于炭黑顆粒表面及內部空洞。隨著時間的延長，炭黑的吸附水量逐漸增多。
2.2 氧化鋅對氯丁橡膠吸水性能的影響
氯丁橡膠一般使用金屬氧化物進行硫化交聯，其中最常使用的即為氧化鋅。配方3 與配方4比較了氧化鋅與氧化鉛對吸水性能的影響。數據見圖2所示。
由圖2 可以看出，氧化鋅配方4 的吸水性比氧化鉛配方3 稍高，考慮到氧化鉛自身的毒性及對水質的污染性，耐水氯丁橡膠配方不必使用氧化鉛，使用氧化鋅的吸水效果與氧化鉛基本相當。
2.3 氧化鎂對氯丁橡膠吸水性能的影響
氧化鎂自身吸水能力較強，在存放過程中一般要用PE 袋密封保存，使用前要經烘箱烘干處理。比較配方1 與5，其氧化鎂份數分別為4 份、1 份，配方2 中不含氧化鎂。三者的吸水曲線見圖3所示。
由圖3中數據可以看出，與不含氧化鎂的配方2 相比，含有4 份氧化鎂的配方1 的吸水增重率高2 倍以上。與含有1 份氧化鎂的配方5 相比，配方1 的吸水增重率也高了近1 倍。氧化鎂極易與水結合首先形成氫氧化鎂，然后繼續吸水，在其中形成結晶水。雖然氧化鎂在氯丁橡膠中有著改善膠料焦燒性能的作用，但在長期用于水下的氯丁橡膠中不宜使用。
3· 結論
(1)隨著炭黑份數的增大，氯丁橡膠的吸水增重率增加，耐水性能下降。
(2)含有氧化鋅的膠料與含有氧化鉛的膠料相比，耐水性能基本相當，鑒于氧化鉛自身的毒性及對水質的污染性，有耐水要求的氯丁橡膠可以使用氧化鋅代替氧化鉛。
(3)氧化鎂對氯丁橡膠的吸水增重率有著較大影響，有耐水要求的氯丁橡膠中不宜使用氧化鎂。
參考文獻：
[1]謝遂志,劉登祥,周鳴巒.橡膠工業手冊 第一分冊[M].北京: 化學工業出版社,1989:329.
[2]張殿榮,辛振祥.現代橡膠配方設計.北京: 化學工業出版社,2001:320.
[3]王夢蛟,龔懷耀,薛廣智.橡膠工業手冊 第二分冊[M].北京:化學工業出版社,1989:284.
