兰州石化公司丁腈橡胶与JSR丁腈橡胶性能对比*

胡海华，赵洪国，李 波，何连成，吴 宇，宋中勤，杨海江

(1.中国石油天然气股份有限公司 石油化工研究院，甘肃 兰州 730060；2.中国石油兰州石化公司 化工储运厂，甘肃 兰州 730060)

丁腈橡胶(NBR)是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合反应制得的无规共聚物。因其耐油性好，物理机械性能优异，已被广泛用于制造各种耐油制品，如O型圈、软管、垫圈以及燃料箱衬胶、油罐衬里、印刷胶辊、绝缘地面垫板以及电线电缆等领域。许多科技工作者都从不同角度对国内外NBR进行了广泛研究[1-6]。

目前国内市场上用于高端制品的NBR主要被日本JSR公司所垄断。近几年，兰州石化公司不断对NBR产品进行质量攻关，逐步提高产品质量和档次，针对的目标产品主要是JSR公司NBR产品。本文主要对兰州石化公司NBR2907、NBR3305与JSR公司同类NBR产品进行性能对比，为兰州石化公司NBR质量攻关提供方向，同时也为用户使用兰州石化公司NBR产品提供技术参考。

1 实验部分

1.1 原料

NBR2907、NBR3305：兰州石化公司；JSR-230S、JSR-240S、JSR-241：日本JSR公司；其它原料均为橡胶工业常用助剂。

1.2 仪器设备

UR-2030型橡胶硫变仪：青岛优肯科技股份有限公司；AI-7000S型拉力机：台湾高铁电子仪器有限公司；LX-A型橡胶硬度测试仪：上海试验仪器总厂；401A型老化试验箱：上海试验仪器总厂；MZ-4061型阿克隆磨耗试验机：江都市明珠试验机械厂；Waters 150 C型凝胶渗透色谱仪：美国Waters公司；PE-983 G型红外分光光度仪：美国Perkin Elmer公司；DMA242型动态机械热分析仪：德国Netzsch公司。

1.3 配方

基本配方(质量份，下同)：NBR 100；氧化锌 5；硬脂酸1.0；硫黄 1.5；炭黑 40.0；促进剂 1.0。

1.4 性能测试

硫化特性按GB 1233—1992进行测试；物理机械性能按GB 528—1998进行测试；硬度按GB 531—1999进行测试；老化性能在140 ℃×6 h老化后，测其性能变化率；耐油性能在浸标准油B、23 ℃×72 h后，测其性能变化；磨耗性能按GB 1689—89进行测试；数均相对分子质量(Mn)和重均相对分子质量(Mw)测定条件：流动相为四氢呋喃，流速为1.0 mL/min，测定温度为30 ℃；微观结构采用美国Perkin Elmer公司生产的PE-983 G型红外分光光度仪测定；玻璃化转变温度使用DMA测试，测试条件：升温速率5 ℃/min，频率10 Hz，温度范围-50～60 ℃。

2 结果与讨论

2.1 相对分子质量及其分布

各对比牌号NBR相对分子质量及其分布如表1所示。

表1 相对分子质量及其分布对比

从表1可以看出，NBR2907的重均相对分子质量和数均相对分子量比JSR240S、JSR241高，且NBR2907的相对分子质量分布比JSR240S、JSR241的相对分子质量分布宽；NBR3305与JSR230S的数均相对分子质量、重均相对分子质量及其分布基本相当。

2.2 微观结构组成对比

各对比牌号NBR分子结构微观组成对比如表2所示。

表2 分子微观结构组成

从表2可以看出，NBR2907的结合丙烯腈质量分数比JSR240S、JSR241高约4%，NBR3305的结合丙烯腈质量分数比JSR230S高1.5%，其它结构组成NBR3305与JSR230S基本一致。

2.3 硫化特性对比

各对比牌号NBR的硫化特性如表3所示。

表3 各牌号NBR硫化特性对比

从表3可以看出，NBR2907与JSR240S、JSR241相比，NBR2907的焦烧时间最长，加工安全性最好，但硫化速度慢，在使用NBR2907时，特别是在替代JSR240S和JSR241时，应调整配方，适当提高胶料的硫化速度。NBR3305的硫化特性与JSR230S相比，焦烧安全性稍好，硫化速度慢。使用NBR3305替代JSR230S时要调整配方中的硫化体系，提高硫化速度，以达到原有产品的性能指标。

2.4 物理机械性能对比

各对比牌号NBR的物理机械性能如表4所示。

表4 物理机械性能对比数据

从表4可以看出，NBR2907与JSR240S相比，拉伸强度、300%定伸应力、扯断伸长率、扯断永久变形基本相当。NBR2907与JSR241相比，拉伸强度、300%定伸应力比JSR241稍高，其它性能基本相当。NBR3305的拉伸强度、300%定伸应力、扯断伸长率、扯断永久变形与JSR230S基本相当。

2.5 耐老化性能对比

NBR的耐老化性能的好坏对制品有较大影响，在常压、高温的热空气中，试样放置一定时间，测量其物理机械性能的变化。各对比牌号NBR的老化性能如表5所示。

表5 耐热老化性能对比数据

从表5可以看出，NBR2907老化后硬度增加幅度比JSR240S、JSR241大，拉伸强度和扯断伸长率变化率都比JSR240S、JSR241小；从表5还可以看出，NBR3305老化后的硬度变化、拉伸强度变化率和扯断伸长率变化率都比JSR230S小，说明NBR3305的老化性能比JSR230S的老化性能稍好。

2.6 玻璃化转变温度

各对比牌号NBR的玻璃化转变温度如表6所示。

表6 玻璃化转变温度对比结果

从表6可以看出，NBR2907的玻璃化转变温度比JSR240S、JSR241的玻璃化转变温度高2.5～4 ℃，即NBR2907的耐低温性能比JSR240S、JSR241稍差，这是因为NBR2907的结合丙烯腈含量比JSR240S、JSR241高的缘故。NBR3305的玻璃化转变温度比JSR230S略高，也是由于NBR3305的结合丙烯腈含量比JSR230S高而导致的。

2.7 耐磨耗性能对比

磨耗实验是采用阿克隆磨耗实验机进行的，实验时使试样与砂轮在15°的倾角和26.182 N的负荷作用下进行摩擦，测定试样在1.61 km里程时的磨损体积。各对比牌号NBR的耐磨性能如图1所示。

试样牌号图1 耐磨性能对比

从图1可以看出，NBR2907比JSR240S、JSR241的磨耗体积小，说明NBR2907的耐磨性能比JSR240S、JSR241好；NBR3305与JSR230S的耐磨性能基本相当。

2.8 耐油性能对比

橡胶的耐油性是指硫化胶抗油类作用的能力，在NBR制品中许多制品与NBR的耐油性有关。耐油实验是试样在23 ℃×72 h条件下，浸泡标准油B，然后测试其性能变化。各对比牌号NBR的耐油性能如表7所示。

表7 耐油性能对比

从表7可以看出，在同等条件下，NBR2907浸泡油后拉伸强度变化率、扯断伸长率变化率、硬度变化都比JSR240S、JSR241小，说明 NBR2907与JSR240S、JSR241相比具有更好的耐油性能；NBR3305与JSR230S的耐油性能相当。

3 结 论

(1) NBR2907的重均相对分子质量和数均相对分子质量比JSR241、JSR240S高，且相对分子质量分布比JSR241、240S宽；结构组成中结合丙烯腈含量高；NBR2907的加工安全性更好，但硫化速度比JSR241、240S慢；NBR2907与JSR240S物理机械性能相当，比JSR241的拉伸强度、300%定伸应力稍大；老化性能比JSR241、JSR240S稍好；低温性能不如JSR241、JSR240S；磨耗性能和耐油性能比JSR240S和JSR241好。

(2) NBR3305的相对分子质量及其分布、物理机械性能 、耐磨性能、耐油性能与JSR230S相当；结构组成中结合丙烯腈含量略高；焦烧时间长，硫化速度慢；NBR3305的老化性能比JSR230S稍好，低温性能较JSR230S稍差。

参 考 文 献：

[1] 卢春华，王东巍，屈海峰，等.丁腈橡胶生产及市场分析[J].弹性体，2012，22(50)：76-79.

[2] 谭亮红，林达文，周淑华，等.TG法分析NBR硫化胶组分含量的研究[J].弹性体，2005，15(1)：47-49.

[3] 王炳昕，冯晓萌，刘 莉.炭黑对NBR复合材料交联密度和力学性能的影响[J].弹性体，2013，23(6)：16-20.

[4] 杨伟燕.国内外NBR性能对比[J].橡胶工业，2004，51(5)：278-280.

[5] 李书琴，林裔珍，陈鼎希.几种NBR基本性能评价[J].橡胶工业，1999，46(11)：656-659.

[6] 王振华，李锦山，丛瑜滋，等.从GPC图谱探讨兰州石化丁腈橡胶质量[J].世界橡胶工业，2008，35(11)：37-40.