国内同类丁腈橡胶性能对比

胡海华，何连成，赵洪国，李 波，吴 宇，宋中勤

(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)

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等领域。诸多科技工作者从NBR开发、应用以及市场动态等不同角度对国内外NBR进行了广泛研究，周健等[1]、崔小明[2]、王玉瑛等[3]研究了NBR产业的现状及发展前景，分析了NBR的技术及市场,提出了NBR产业的发展建议；赵学康等[4]研究了硫化体系对NBR高温力学性能的影响；桂强[5]、游海军等[6]研究了NBR的稳定性及耐油性能；马艳丽[7]和杨伟燕[8]对国内外主要NBR进行了对比分析。目前国内市场上畅销的产品是日本JSR公司、镇江南帝化工有限公司、台橡股份有限公司、宁波顺泽橡胶有限公司、兰州石化公司的NBR。

本文针对近几年市场上畅销的12个NBR品牌，从硫化特性、物理机械性能、压缩永久变形以及老化性能等方面进行对比，为NBR用户进行配方设计和不同NBR之间替代使用提供了技术参考。

1 实验部分

1.1 原料

NBR2907E、NBR3305E牌号NBR：兰州石化公司；JSR-230S、JSR-240S、JSR-220S牌号NBR：日本JSR公司；4155LT牌号NBR：台橡股份有限公司；NBR2875、NBR1052、南帝4155、NBR2865牌号NBR：镇江南帝化工有限公司；NBR3355、NBR2880Z牌号NBR：宁波顺泽橡胶有限公司；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；Waters 150C型凝胶渗透色谱仪：美国Waters公司；PE-983G型红外分光光度仪：美国Perkin Elmer公司。

1.3 实验配方

基本配方(质量份)：NBR 100.0，氧化锌 5.0，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/T 1233—1992进行测试；物理机械性能按GB/T 528—1998进行测试；硬度按GB/T 531—1999进行测试；老化性能试样在120 ℃×72 h老化后，测其性能变化率；压缩永久变形：试样在120 ℃×24 h条件下压缩25%后，测其压缩永久变形；产物的数均相对分子质量(Mn)和重均相对分子质量(Mw)测定条件为：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型红外分光光度仪进行测定。

2 结果与讨论

2.1 结构组成、相对分子质量及其分布

不同结合丙烯腈含量的NBR 分子结构组成如表1～表3所示。不同结合丙烯腈含量的NBR相对分子质量及其分布对比如表4～表6所示。

表1 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR分子结构组成

从表1可以看出，结合丙烯腈质量分数为28%的NBR中，JSR-240S结合丙烯腈含量最低，南帝NBR2865次之，兰州石化公司NBR2907E、南帝NBR2875、顺泽NBR2880Z结合丙数烯腈含量较高。南帝NBR2875的顺式-1，4丁二烯含量最高，顺泽NBR2880Z和南帝NBR2865的顺式-1，4丁二烯含量居中，JSR-240S和NBR2907E的顺式-1，4丁二烯含量较低。

表2 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR分子结构组成

从表2可以看出，南帝NBR1052结合丙烯腈含量最低，JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E的结合丙烯腈含量基本相当。南帝NBR1052的顺式-1，4丁二烯含量最低，JSR-230S、NBR3355和NBR3305E的顺式-1，4丁二烯含量差别不大。

表3 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR分子结构组成

从表3可以看出，JSR-220S的结合丙烯腈含量最高，台橡4155LT的结合丙烯腈含量居中，南帝4155的结合丙烯腈含量最低。JSR-220S的顺式-1，4丁二烯含量最低，南帝4155的顺式-1，4丁二烯含量居中，台橡4155LT的顺式-1，4丁二烯含量最高。

表4 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR相对分子质量及其分布对比

从表4可以看出，JSR-240S的重均相对分子质量最低、相对分子质量分布最窄，南帝NBR2865和顺泽NBR2880Z的重均相对分子质量及相对分子质量分布居中，南帝NBR2875的重均相对分子质量中等但相对分子质量分布最大，兰州石化NBR2907E的重均相对分子量最高，但相对分子质量分布处于中等水平。

表5 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR相对分子质量及其分布对比

从表5可以看出，JSR-230S的重均相对分子质量最低，NBR3305E的重均相对分子量最高，顺泽NBR3355和南帝NBR1052的重均相对分子质量差别不大；顺泽NBR3355的相对分子质量分布最宽，NBR3305E的相对分子质量分布最窄，JSR-230S和南帝NBR1052的相对分子质量分布居中。

表6 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR相对分子质量及其分布对比

从表6可以看出，JSR-220S的重均相对分子质量最低且相对分子质量分布最窄，台橡4155LT和南帝4155的重均相对分子质量和相对分子质量分布相当。

2.2 硫化特性

不同结合丙烯腈含量的NBR硫化特性对比如表7～表9所示。

表7 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR硫化特性对比1)

1) 测试条件为160 ℃×40 min。

表8 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR硫化特性对比1)

1) 测试条件为160 ℃×40 min。

表9 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR硫化特性对比1)

1) 测试条件为160 ℃×40 min。

从表7可以看出，南帝NBR2875、南帝NBR2865、JSR-240S的硫化速度和焦烧时间基本相当，顺泽NBR2880Z和NBR2907E硫化速度基本相同，NBR2907E的焦烧时间稍短。从表8可以看出，JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E硫化速度基本相当，南帝NBR1052硫化速度最慢，NBR3305E的焦烧时间最短。因此在JSR-230S、顺泽NBR3355和NBR3305E互相替代使用时，硫化体系不需要调整，而南帝NBR1052与JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E互相替代使用时，为了不影响制品的性能，需要调整硫化速度和焦烧时间。从表9 可以看出，南帝4155硫化速度较快，JSR-220S硫化速度居中，台橡4155LT硫化速度最慢，3种胶的焦烧时间差别不大，3种胶互相替代使用时需要适当调整硫化体系。

2.3 物理机械性能

不同结合丙烯腈含量的NBR物理机械性能对比如表10～表12所示。

表10 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR物理机械性能对比

表11 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR物理机械性能对比

表12 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR物理机械性能对比

从表10可以看出，南帝NBR2875、顺泽NBR2880Z、NBR2907E和南帝NBR2865的拉伸强度、扯断伸长率、300%定伸应力基本相当；JSR-240S的拉伸强度、300%定伸应力都比南帝NBR2875、顺泽NBR2880Z、NBR2907E和南帝NBR2865低，原因在于JSR-240S的结合丙烯腈含量最低。从表11可以看出，JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E的拉伸强度和300%定伸应力基本相同，南帝NBR1052的拉伸强度和300%定伸应力比JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E的拉伸强度低，但4种胶的扯断伸长率基本相当。从表12可以看出，南帝4155和JSR-220S的拉伸强度较大，台橡4155LT的拉伸强度低于南帝4155和JSR-220S的拉伸强度，3种胶的300%定伸应力和扯断伸长率差别不大。

2.4 压缩永久变形

不同结合丙烯腈含量的NBR压缩永久变形对比如表13～表15所示。

表13 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR压缩永久变形对比

表14 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR压缩永久变形对比

表15 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR压缩永久变形对比

从表13可以看出，南帝NBR2875的压缩永久变形较小，这是因为其结构组成中顺式-1，4丁二烯含量最高的缘故，南帝NBR2865、JSR-240S、NBR2907E和NBR2880Z的压缩永久变形基本相当。从表14可以看出，JSR-230S、NBR3305E和顺泽NBR3355的压缩永久变形较小且基本相同，南帝NBR1052压缩永久变形较大，这是因为其结构组成中顺式1-4丁二烯含量较低。从表15可以看出，台橡4155LT的压缩永久变形好于南帝4155和JSR-220S。

2.5 老化性能

不同结合丙烯腈含量的NBR老化前后性能变化如表16～表18所示。

表16 结合丙烯腈质量分数为28%的NBR老化前后性能变化1)

1) 测试条件为150 ℃×6 h。

表17 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR老化前后性能变化1)

1) 测试条件为150 ℃×6 h。

表18 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR老化前后性能变化1)

1) 测试条件为150 ℃×6 h。

从表16可以看出，JSR-240S和NBR2907E的老化性能基本相当且好于南帝NBR2875、南帝NBR2865和顺泽NBR2880Z的老化性能，南帝NBR2875、南帝NBR2865和顺泽NBR2880Z的热氧老化性能基本相当。从表17可以看出，NBR3305E的老化性能优于南帝NBR1052、JSR-230S和顺泽NBR3355的老化性能，南帝NBR1052、JSR-230S和顺泽NBR3355的老化性能基本相当。从表18可以看出，台橡4155LT的老化性能优于南帝4155和JSR-220S。

3 结 论

(1) 结合丙烯腈质量分数为28%NBR中，JSR-240S结合丙烯腈含量最低、重均相对分子质量最小且相对分子质量分布最窄，NBR2907E重均相对分子质量最大，相对分子质量分布处于中等水平。顺泽NBR2880Z和NBR2907E硫化速度较快，NBR2907E焦烧时间最短，南帝NBR2875、顺泽NBR2880Z、NBR2907E和南帝NBR2865的拉伸强度、扯断伸长率、300%定伸应力基本相当，JSR-240S的拉伸强度、扯断伸长率、300%定伸应力最低，南帝NBR2875的压缩永久变形最小，JSR-240S和NBR2907E的老化性能基本相当且优于南帝NBR2875、南帝NBR2865和顺泽NBR2880Z的老化性能。

(2) 结合丙烯腈质量分数为33%的NBR中，南帝NBR1052的结合丙烯腈含量低于 JSR-230S、顺泽NBR3355、南帝NBR1052、NBR3305E的结合丙烯腈含量，JSR-230S的重均相对分子质量较低，JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E硫化速度基本相同，比南帝NBR1052硫化速度快，JSR-230S、顺泽NBR3355、NBR3305E的拉伸强度和300%定伸应力基本相同，NBR3305E和顺泽NBR3355的压缩永久变形较小，南帝NBR1052和JSR-230S压缩永久变形较大。NBR3305E的老化性能优于南帝NBR1052、JSR-230S和顺泽NBR3355的老化性能。

(3) 结合丙烯腈质量分数为40%的NBR中，JSR-220S的结合丙烯腈含量最高，南帝4155的结合丙烯腈含量最低，JSR-220S的重均相对分子质量最小且相对分子质量分布最窄，南帝4155硫化速度较快，台橡4155LT硫化速度最慢，南帝4155和JSR-220S的拉伸强度较大，3种胶的300%定伸应力和扯断伸长率差别不大，台橡4155LT的压缩永久变形和老化性能优于南帝4155和JSR-220S。

参 考 文 献：

[1] 周健,席永盛.我国丁腈橡胶产业的现状及发展前景[J].合成橡胶工业,2014,37(5):333-336.

[2] 崔小明.2013年我国合成橡胶主要品种进口分析[J].广东橡胶,2014,41(9):11-13.

[3] 王玉瑛，张永平，霍建东，等.国内外丁腈橡胶市场分析及预测[J].弹性体，2014，24(3)：77-79.

[4] 赵学康，陈亚薇，乔慧君.硫化体系对丁腈橡胶高温力学性能的影响[J].合成橡胶工业，2015,38(1)：36-39.

[5] 桂强，付含琦，李晶，等.丁腈橡胶性能稳定化研究[J].弹性体，2015，25(5)：56-59.

[6] 游海军，张保岗，马楠楠，等.3#标准油对丁腈橡胶性能的影响[J].弹性体，2015，25(4)：42-45.

[7] 马艳丽.国内外丁腈橡胶牌号对比分析[J].世界橡胶工业,2001,28(4)：44-48.

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