丁腈橡胶、聚氯乙烯机械共混工艺及其性能

纪丽丽，郝艳芬，霍占东，张丽君

（1.陕西延长石油西北橡胶有限责任公司，陕西 咸阳 712023；2.陕西延长石油集团橡胶公司，陕西 咸阳 712023)

单一的聚合物在实际生产过程中很多时候性能上很难达到使用要求，因此需要对聚合物进行改性。橡胶制品生产过程中，橡塑并用是橡胶改性的重要途径之一，橡胶中参入塑料，不仅可以充分发挥橡胶的优良性能，又可弥补原橡胶中某些性能的不足之处，同时改善胶料的加工性能并且降低橡胶制品的成本。丁腈橡胶和聚氯乙烯并用是橡塑并用的先驱，已经有70多年的历史了，从热力学相容性分析，丁腈橡胶和聚氯乙烯的溶解度参数接近，因此两者具有热力学混溶性。

1 共混胶制备

丁腈橡胶与聚氯乙烯并用有三种方法，即乳液参合、溶液参合、机械参合。本文中所述的都是机械参合,即将丁腈橡胶、聚氯乙烯在开炼机上直接混合。该法简单方便、设备简单、并用比例可以任意变化，一般工厂都可以实现生产。

1.1 聚氯乙烯膨润

聚氯乙烯最大的缺点是热稳定性差，分解温度为130℃左右，无法直接在开炼机进行高温混合，在130℃以上温度加工时，会发生剧烈的热降解。聚氯乙烯属于硬质塑料，与软质的橡胶黏度相差很大，共混物易形成明显分散相，无法满足使用要求，因此必须先将聚氯乙烯先进行膨润，即在搅拌设备中加入聚氯乙烯、小分子增塑剂进行混合，使小分子增塑剂进入大分子链间，减小大分子间相互作用力，混合的同时可以加入热稳定剂，提高聚氯乙烯的热稳定性能，提高其热分解温度。膨润充分的聚氯乙烯粉末是一种疏松而有弹性的软质混合物，很易和软质橡胶混合。本文实验使用的膨润聚氯乙烯组成为：聚氯乙烯（100），增塑剂（50），热稳定剂（10）。

1.2 塑化

将预膨润的聚氯乙烯在高温开炼机上薄通塑化，至均匀透明即可。塑化温度以150～160℃为宜，时间也应当适当，过长则聚氯乙烯在高温下易分解，白色透明聚氯乙烯薄膜逐渐变黄；过短则会塑化不完全，出现PVC粒子。

1.3 共混

将塑化好的聚氯乙烯捣至一边，从另一边加入丁腈橡胶，包辊后打八把刀混匀，薄通后下片。

2 实验与讨论

2.1 实验

2.1.1 实验材料

试验主要设备：XLP-O 150×320平板硫化机，大连橡塑机械股份有限公司；AGS-X电子拉力机，日本岛津；CS101-2电热鼓风精密试验箱，重恒达仪器制造厂，LX-A橡胶硬度计，上海市轻工业局；JSC-10手提式测厚仪，江都市精艺实验机械有限公司。

试验材料：共混胶，自制；邻二丁酯，山东宏信集团化工股份有限公司；癸二丁酯，天津通达化工有限公司 ；癸二辛酯，天津通达化工有限公司 ；防老剂，山东尚舜化工有限公司；活性剂，山东尚舜化工有限公司；硫化剂，宝鸡市美商贸有限公司；炭黑，江西黑猫炭黑股份有限公司。以上试验用原材料均为普通市售材料。

2.1.2 试样制备及检测

试样制备按照国家标准：GB/T6038—2006《橡胶试验胶料——配料、混炼和硫化设备及操作程序》。

检测按照国家标准进行：GB/T528—2009 硫化橡胶或热缩性橡胶拉伸应力应变性能》，GB/T531.1—2008《硫化橡胶热塑性橡胶，压入硬度试验方法，第一部分邵氏硬度计算法》；GB/T7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶——常温、高温和低温下的永久变形测定》；GB/T1690—2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》。

2.2 分析与讨论

2.2.1 不同聚氯乙烯含量对共混胶性能的影响

将丁腈橡胶与不同质量份的聚氯乙烯共混，共混胶的性能如表1所示。从表1数据可以看出，聚氯乙烯对丁腈橡胶起着补强剂的作用，共混胶的强度、定伸、硬度均随着聚氯乙烯含量的增大而增大，质量份为20以上时，效果明显；随着聚氯乙烯含量的增大伸长率变化不明显，质量份为20～50时基本相差不大，质量份大于40后，有下降趋势；随着聚氯乙烯含量的增大低温性能变差，质量份从0～50脆性温度从-53℃升高到-27℃，但在质量份为10～40区间内，低温性能相对稳定，变化较小；随着聚氯乙烯含量的增大共混胶的耐介质性能减小；随着聚氯乙烯含量的增大压缩永久变形性能增大。

丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶随着聚氯乙烯含量的增大，物理机械性能、耐介质性能得到改善，低温及压缩变形性能变差。但丁腈橡胶的特性指标耐油及与之相关联的低温脆性性能均在聚氯乙烯质量份为20～40时出现性能变化相对较小的平坦区。丁腈橡胶的脆性温度从初始的-43℃升高4～8℃，聚氯乙烯并用量再提高至质量份50时，低温脆性升高16℃，此时的耐油性改善并不明显。因此，从耐油和低温性能的平衡来说，丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶以聚氯乙烯质量份为20～40时为宜。

表1 不同聚氯乙烯含量共混胶性能

2.2.2 不同结丙量对共混胶性能的影响

将不同结丙量的丁腈橡胶与质量份为30的聚氯乙烯共混，共混胶的性能如表2所示。

从表2结果可以看出，在其余组分不变的情况下，提高丙烯腈含量，混炼胶的拉伸强度增大，伸长率变小，硬度增大，溶胀变小。这和丁腈橡胶的变化规律是一致的，即在聚氯乙烯含量不变的情况下，丁腈胶/聚氯乙烯共混胶的物理性能、耐介质性能变化趋势与丁腈胶变化趋势一致。

表2 不同结晶量对共混胶性能的影响

2.2.3 增塑剂对共混胶性能的影响

将相同结丙量的丁腈橡胶与聚氯乙烯共混，改变增塑剂的种类及用量，测得的共混胶的性能如表3所示。

对比12#、15#的检测结果，由于15#的增塑剂用量大，拉伸强度低、伸长率大，硬度低，这与增塑剂对橡胶物理机械性的影响规律一致；3种增塑剂的耐溶胀性能稍有差异，这与3种增塑剂与共混胶的相容性及增塑剂本身的空间位阻、分子链结构有关，邻二丁酯的空间位阻大于其他2种增塑剂而难于抽出，癸二辛酯分子链最长难于抽出，综合溶胀平衡，癸二丁酯质量变化相对较小，15#的增塑剂用量相对较大，在实验条件下抽出量相对较大，造成共混胶质量变化相对较小。

表3 不同增塑剂对共混胶性能的影响

3 结论

（1）丁腈橡胶与聚氯乙烯可以任意比例共混，共混胶性能在聚氯乙烯质量份为20～40时出现性能变化相对较小的平坦区，丁腈橡胶/聚氯乙烯共混胶最佳并用比例为80/20～60/40。

（2）聚氯乙烯配比相同时，丁腈胶/聚氯乙烯共混胶性能随结丙量变化与丁腈胶随结合丙烯腈含量性能变化趋势一致，即随着共混胶丙烯腈含量增大，混炼胶的拉伸强度增大，伸长率变小，硬度增大，溶胀变小。

（3）共混胶的耐介质性能与增塑剂的空间位阻、分子链结构、与共混胶的相容性有关，适当增大增塑剂用量，共混胶溶胀不变，增大小分子抽出量，可以减小共混胶在介质中的质量变化。