氢化丁腈橡胶的回收利用

翁国文，刘琼琼，杨 慧

(徐州工业职业技术学院 徐州市特种弹性体实验室,江苏 徐州 221140)

随着汽车、石油工业的发展，橡胶部件除要求耐油外，还需具有良好的耐热、耐高温、耐高压、耐氧化等特性。普通丁腈橡胶(NBR)已不能满足这些要求，其中一些用途已为氟橡胶所取代，因此人们

开始探求对NBR性能的改进，氢化丁腈橡胶(HNBR)就是为了满足这种新的需要而开发成功的。

HNBR是由NBR进行特殊加氢处理而得到的一种饱和或低不饱和性的弹性体，其结构如下：

从结构式可以看出，NBR的分子链由于氢化发生了变化，由不饱和性结构变成了饱和性结构或低不饱和性结构。HNBR保留了腈基，使HNBR保持了原胶的耐油性、耐药品性；丁二烯链氢化为乙烯及其异构型链，提高了胶料的耐热性、耐候性、化学稳定性，提高橡胶弹性，降低结晶性；低不饱和性结构HNBR保留了少量的不饱和双键，提供了胶料硫黄硫化或过氧化物硫化的交联点，同时少量的双键也改善了它的耐寒性和压缩永久变形。此外HNBR还具有高强度、高撕裂性能、耐磨性能优异等特点。

HNBR主要用于汽车耐油橡胶部件，其消耗量的45%用于生产传动带，密封件占25%，电缆和胶管占13%。HNBR还可用作挡泥板，振动吸收材料等[1]，其应用范围日益广泛。

HNBR价格高，为了节省资源，对其进行资源循环利用具有较高社会和经济效益。对HNBR的回收利用进行了探讨。

1 实验部分

1.1 原料

HNBR1020：日本瑞翁公司；HNBR硫化胶(HNBR的不合格密封制品)：江苏常州金坛市德博密封技术有限公司；其它配合剂均为市售工业品。

1.2 仪器设备

XK-160开放式炼胶机：无锡市第一橡塑机械有限公司；双层电热平板硫化机：QLB-50D/Q，无锡市第一橡塑机械有限公司；高低温拉力试验机：A1-7000-GD，高铁科技有限公司；无转子硫化仪：GT-M2000A，高铁科技有限公司；401A老化箱：上海实验仪器总厂。

1.3 原胶配方

原胶配方(质量份)：HNBR1020 100；金属氧化物8；硬脂酸,1；硫化体系 8；防老剂 2；着色剂 4.5；白炭黑 30。

1.4 试样制备

HNBR硫化胶片剪成小块后在开炼机以一定的工艺条件进行机械薄通处理(辊距0.2 mm，辊温50～70 ℃)，薄通后停放4 h以上。并按配方预制HNBR母炼胶，再按比例分别加入薄通后HNBR硫化胶回收胶并混合均匀以减少实验误差；用硫化仪按GB/T1233—1992测定胶料的硫化特性(硫化温度为175 ℃)，最后在平板硫化机硫化试片，硫化条件为175 ℃×10 min，表压为16 MPa。

1.5 性能测试

硫化胶拉伸性能按GB/T 528—2009进行测试；邵尔A硬度按GB/ T531.1—2008进行测试；压缩永久变形按GB/T 7759—1996进行测试(压缩条件：B型试样，压缩率15%，温度和时间为150 ℃×24 h)；硫化胶耐老化性能按GB/T 3512—2001进行测试(老化条件为150 ℃×48 h)；撕裂强度按GB/T 529—2008进行测试。

2 结果与讨论

2.1 薄通工艺对硫化HNBR回收胶掺用胶的硫化特性的影响

将硫化HNBR在开炼机上分别薄通10、20、30、40、50和60次，再以10、30、50、70、90和120质量份掺到原胶中，测定胶料的硫化特性如图1～图6所示(图中数字表示掺用量)。

硫化时间/s图1 加入薄通10次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

硫化时间/s图2 加入薄通20次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

硫化时间/s图3 加入薄通30次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

硫化时间/s图4 加入薄通40次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

硫化时间/s图5 加入薄通50次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

硫化时间/s图6 加入薄通60次HNBR硫化胶后胶料硫化曲线

从图1～图6可知，在HNBR原胶中掺入薄通处理后的回收HNBR硫化胶后，其最小转矩ML增加，最大转矩MH减小，这主要是因为薄通处理HNBR硫化胶从结构上是以小网状和少量短线性链为主，其加入相当于填料作用，对胶料流动性不利，表现为ML增加；同时由于硫化回收胶加入，客观上降低了胶料中硫化剂浓度，从而使交联密度下降[2-3]，表现为MH下降。但对胶料焦烧时间和正硫化时间影响不显著。

2.2 薄通工艺对硫化HNBR回收胶掺用胶的物理机械性能的影响

将硫化HNBR在开炼机上分别薄通10、20、30、40、50和60次，再以10、30、50、70、90和120质量份掺到原胶中，测定胶料物理机械性能如图7～图10所示(图中数字表示薄通次数)。

掺用量/份图7 薄通次数和掺用量对拉伸强度的影响

从图7可知，随着掺用量增加，胶料的拉伸强度只有薄通10次呈现下降趋势，其它都存在一个最佳用量，并且这最佳用量向小方向进行，从薄通10、20、30、40、50次总体拉伸强度上升，但60次与50次相比拉伸强度有所下降。分析是薄通10次情况下，硫化胶机械作用不够，胶粒较大加入胶料中呈现杂质特性，对胶料拉伸强度不利，而薄通60次以上，硫化胶受到过度机械作用，小的线性分子链较多相当增塑作用而影响胶料拉伸强度[2-3]，因而建议用薄通法回收再利用HNBR硫化胶时，从拉伸强度考虑薄通次数宜在20～50之间。

掺用量/份图8 薄通次数和掺用量对扯断伸长率的影响

从图8可知，随着掺用量增加，薄通10、50、60次扯断伸长率呈现下降趋势，薄通20、30、40次断裂伸长率存在一个峰值，同时随薄通次数增加向小方向移动，并且总体上高于薄通10、50、60次。分析原因主要是薄通10次对伸长率影响原因和拉伸强度相同，胶粒较大加入胶料中呈现杂质特性，而薄通50、60次，硫化胶受到过度机械作用，小的线性分子链较多而影响胶料的扯断伸长率[2-3]，因而建议用薄通法回收再利用HNBR硫化胶时，从胶料的扯断伸长率考虑薄通次数宜在20～40次之间。

掺用量/份图9 薄通次数和掺用量对撕裂强度的影响

从图9可知，随着掺用量增加，撕裂强度总体上呈下降趋势，在掺用量为20～60份之间薄通40、50、60次时存在一个最佳用量，并且这最佳用量向大方向进行；薄通次数增加，撕裂强度总体呈增大走向。分析原因主要是薄通次数增加，回收胶中小网络结构尺寸减小，小的线性分子增多同时长度减小，因而分散性得到提高[2-3]。

掺用量/份图10 薄通次数和掺用量对压缩永久变形的影响

从图10可知，随着掺用量增加，压缩永久变形呈增加趋势，并且薄通次数增加，压缩永久变形也增加，这是由于硫化回收胶加入量增加，胶料中硫化剂浓度在降低，从而使交联密度下降。薄通次数增加回收胶中网粒变小，同时小的线性分子数量增加，因此消耗硫化剂，加速交联密度下降[2-4]。

2.3 硫化HNBR回收胶在HNBR密封件中的应用

依据上述结果，结合密封件性能要求，分别选用薄通10、20、30、40、50和60次，掺用量分别为10、30、50、70、90和120质量份硫化HNBR掺到原胶中测定胶料性能，结果薄通次数为30次，掺用量分别为10、30、50质量份和薄通次数分别为40、50、60次，掺用量均为10质量份时，胶料性能达到制品性能要求，如表1所示。

表1 掺用回收胶性能

从表1可知，在HNBR密封胶料中掺用适当HNBR回收胶后，胶料硬度不变、拉伸强度、伸长率、撕裂强度、压缩永久变形有所增加，表明少量掺用回收胶料具有一定补强性，同时可使胶料老化后硬度变化值增加和拉伸强度变化率的绝对值增加及伸长率变化率绝对值下降。

3 结 论

(1) 在HNBR原胶中掺入薄通处理后回收HNBR硫化胶后，其最小转矩ML增加，最大转矩MH减小，但对胶料焦烧时间和正硫化时间影响不显著。

(2) 随着掺用量增加，胶料的拉伸强度在薄通10次呈现下降趋势，其它都存在一个最佳用量，并且这最佳用量向小方向进行。

(3) 随着掺用量增加，薄通10、50、60次胶料的扯断伸长率呈现下降趋势，薄通20、30、40次扯断伸长率存在一个峰值，同时随薄通次数增加向小方向移动，并且总体上高于薄通10、50、60次。

(4) 随着掺用量增加，胶料的撕裂强度总体上呈下降趋势，在掺用量为20～60份之间薄通40、50、60次时存在一个最佳用量，并且这最佳用量向大方向进行；薄通次数增加，撕裂强度总体呈增大走向。

(5) 随着掺用量增加，胶料的压缩永久变形呈增加趋势，并且薄通次数增加，压缩永久变形也增加。

(6) 当薄通次数为30次用量分别为10、30、50质量份和薄通次数分别为40、50、60次用量均为10质量份掺用到HNBR密封胶料时，其胶料性能仍能达到制品性能要求。

参 考 文 献：

[1] 谢遂志,刘登祥,周名峦.橡胶工业手册:第一分册[M].修订版.北京:化学工业出版社,1998.

[2] 沈俊龙,黄宏波,李晓.橡胶的再生及利用[J].弹性体,2001,11(2):53-56.

[3] 周彦豪.废旧硫化胶再生法脱硫机理[J].橡胶工业,2003,50(8):453-455.

[4] 蒋为.不同再生技术再生胶的结构与性能研究[J]. 特种橡胶制品,2011,32(4):22-27.