浅谈新型改良纳米级氧化锌丁腈橡胶材料

吴沚阳 张富超 蔡琳娜

摘要：在通用型橡胶领域，丁腈橡胶材料因为其自身具有优良的耐油性、较低的生产成本而廣泛应用于耐油组件中。目前我国已经成功研发出氢化，粉末型丁腈橡胶材料。应该继续加快新型改良性丁腈橡胶的研发与开发速度，扩大应用橡胶领域。本文首先对丁腈橡胶材料及应用前景进行介绍，接着阐明新型改良纳米级氧化锌丁腈橡胶材料，同时介绍实验方式及流程、混炼及配合剂，最后简述实验内容并对研发意义进行分析。

关键词：仿真模拟技术;纳米级;丁腈橡胶

丁腈橡胶与其他材料混合改进性能材料十分丰富，其中丁腈橡胶混胶材料用处最为普遍，这得益于丁腈橡胶材料使用量巨大，而且该共混类橡胶材料既能应用以油管，外层胶等产品中，还能用以到汽车防水类密件、产物模压组件等领域。同时随着我国通讯行业的巨大发展，目前国内有很多家制作电线电缆公司，每年丁腈橡胶需求量也很巨大。

传统丁腈橡胶复合材料，橡胶的耐摩擦，耐磨损，耐用性能很差，更换频率及其高，我国制作的传统型丁腈橡胶材料照比国外同行业制作的橡胶使用时间缩短两倍，所以要扩大日前需求增长快速的丁腈橡胶制品市场，并且可以大大增加了我国能源开采所消耗的经济效益。

1.丁腈橡胶材料介绍及应用前景

1.1丁腈橡胶材料介绍

丁腈橡胶是由由丁二烯与丙烯腈聚合而成。其具有耐油性好，耐热、耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂，优良的导电性等优点。主要用途有耐油制品、化工衬里、胶辊、导电橡胶等。该材料成本低廉，原料丰富，绿色环保且易于大量生产，而改性丁腈橡胶主要应用于油管，外层胶等产品中，还能用以到汽车防水类密件以及电线电缆行业。

1.2丁腈橡胶材料的应用前景

我国是世界第一大橡胶消耗国，但同时我国橡胶资源又十分匮乏，每年 60%以上的橡胶需要进口，其中，中国合成橡胶市场供需保持平稳发展，2017年，中国合成橡胶产量同比增长6.0%至578.7万吨，2018年约增长至612.3万吨。预计2019-2025年中国合成橡胶产量增速保持在6%左右，至2023年有望达到811.0万吨。

丁腈橡胶（NBR）作为国内特种胶种，被广泛应用于汽车、航天航空、石油开采、耐油胶管、耐油密封件、电线电缆、印刷和食品包装等领域，消耗量约占合成橡胶总量4.9%。丁腈橡胶行业具有零散用户多、应用行业广、使用排号杂、技术指标高的特点。我国目前有4家NBA主要生产厂家，年合计产能45.5万t。近年来，国内工业的快速发展拉动了NBR的需求。从未来的装置扩能看，随着通讯业和轨道交通的快速发展，使复合材料电线电缆的消费量呈递长的趋势，除传统汽车防水类密件、产物模压组件等领域外，丁腈橡胶复合材料所制的电线电缆在国内也具有良好的发展前景。

2.新型改良纳米级氧化锌丁腈橡胶材料

本材料通过改变活性剂的种类，可以生产出寿命长耐磨性强的橡胶材料，满足油田对泵的需求量，汽车，航天，生活领域的需要。其生产简单，将丁腈橡胶作为原材料，从中加入所需的氧化锌或者其他改良配合剂制作生产复合材料。利用生胶采购以后进行塑炼，生产利用橡塑并用的方法赋予橡胶某些高新性能和功能，改善橡胶的加工工艺，并且大幅降低了生产成本。

在实验中正常氧化锌丁腈橡胶胶料的磨损量明显大于新型改良添加纳米级氧化锌丁腈橡胶胶料。摩擦系数均随磨损实验时间的增长而增大，油品对于含纳米氧化锌胶料交联网格的破坏程度较小，该胶料显示出优异的抗摩擦功能。

3.实验方式及流程

3.1实验方式

控制摩擦磨损试验机及其计算机仿真模拟技术研究新型改良纳米级粒径氧化锌丁腈橡胶材料的摩擦，磨损，硬度行为，运用机械进行丁腈橡胶试样的常规制备。胶料的磨损磨擦概况操纵电子显微镜进行察看，而且经由过程计算机仿真虚拟手艺加以论证。

3.2实验流程

使用机械对生胶薄通炼6次左右，将实验塑炼后成型的橡胶进行混炼操作，添加药剂方法顺序为：母胶，硫磺，氧化锌，防老剂，硬脂酸，炭黑与软化剂，然后再分别依次加入促进剂DM、二硫化四甲基。混炼时间不超过25分钟，完成以上操作后，在全部配合剂混炼均匀的基础上，进行硫化，调整硫化压力为12MPa，控制硫化温度保持在150℃左右，并且通过操作，进行薄通13次下片，最后制作得到复合型硫化胶。

4.混炼及配合剂

4.1混炼

为提高橡胶产品使用性能，改进橡胶工艺性能和降低成本，必须在生胶中加入各种配合剂。混炼就是通过机械作用使生胶与各种配合剂均匀混合的过程。

混炼是橡胶加工过程中最易影响质量的工序之一。混炼不良，胶料会出现配合剂分散不均，胶料可塑度过低或过高、燋烧、喷霜等现象，使后续工序难以正常进行，并导致成品性能下降。

4.2配合剂

硫化剂：一类使橡胶由线形长链分子转变为网状大分子的物质，这种转变称为硫化。多为硫磺、一氯化硫、硒、碲及其氯化物、硝基化物、有机过氧化物以及某些金属氧化物。其中硫磺硫化橡胶最佳温度120～140 ℃ 。

防老剂：橡胶的分子结构极易受氧及臭氧的氧化作用，光和热都能促进氧化作用，使橡胶分子链断裂，支化或进一步交联，从而使橡胶发粘变硬，物理机械性能变坏，以至失去使用价值，这种情况叫做老化。能抑制橡胶老化现象的物质就叫做防老剂。其中物理防老剂多为石蜡、微晶蜡;化学防老剂多为酚类与胺类。

填充剂：提高硫化橡胶的强力，撕裂强度，定伸强度，耐磨性等物理机械性能。多为炭黑、白炭黑、活性陶土、苯乙烯树脂、木质素等。

5.实验内容

首先进行润滑油品状态下丁腈橡胶抗摩擦系数实验。磨损实验中，材料磨损表面不停遭遇外力的破坏，引起材料衰弱，随着磨损实验的增长，胶料原来磨损表面不断损坏，生成新的磨损外面，胶料表面粗糙度不断增大，摩擦副接触面积增加，最终导致影响胶料磨损量。在润滑油品状态下，丁腈橡胶材料抗摩擦系数，都随磨损实验时间的增长而渐渐变大，添加纳米级氧化锌橡胶的摩擦系数更低。

6.结语

新型改良纳米丁腈橡胶复合材料显著提高橡胶的耐摩擦，耐磨损硬度性能，且不改变其他性能，降低更换频率，大大减少我国能源开采所消耗的经济效益，致力于生产和研发使用寿命更长，耐磨性能更强的复合橡胶，使用寿命可以半年以上，满足我国对化工、生活等方面的需求是我们生产研发的动力与意义，而且充分利用了资源，保护了环境，可以节省很多能源、资源，为国家可持续发展做出贡献。

参考文献

[1]唐黎明，崔建鹏，鹿森，罗兰，纪宇，张雪瑶.丁腈橡胶氧化锌纳米复合材料的性能表征与摩擦学行为研究[J].化工管理，2018（16）：60-61.

[2]唐黎明，王殿维，石俊杰，杨爽.氧化锌对丁腈橡胶性能与摩擦磨损行为的影响[J].弹性体，2017，27（01）：31-35.