不同饱和度氢化丁腈橡胶的性能研究

马妍

( 南京科技职业学院，江苏 南京 210048)

氢化丁腈橡胶（HNBR）被称为高饱和丁腈橡胶，是丁腈橡胶分子链通过催化加氢得到的高性能合成橡胶，加氢反应减少了橡胶分子链的不饱和双键数量，赋予了橡胶优异的耐热、耐候和耐臭氧等性能[1～2]，同时继承了丁腈橡胶的耐化学稳定性，HNBR 综合性能优异，广泛应用于汽车、石油、航天、航空等领域[4～6]。分子结构的变化使HNBR 的性能与丁腈橡胶相比具有较大的差异，其中结合丙烯腈含量、氢化度等因素对HNBR 的性能影响较大。

本文选择丙烯腈含量为34% 的两种饱和度的HNBR，饱和度分别为99% 和96%，对胶料的硫化特性、力学性能、低温性能及耐油性能进行研究，旨在研究饱和度对橡胶性能的影响，期望能为HNBR 配方的开发提供帮助。

1 实验

1.1 主要原材料

HNBR， 牌号Therban 3406、 牌号Therban 3446，阿朗新科高性能弹性体（常州）有限公司；其他助剂均为橡胶工业市售品。

1.2 试验配方

基本配方（质量份）：HNBR 100 ；炭黑N550 60 ；增塑剂TOTM 6 ；防老剂MB 1.5 ；氧化锌 5 ；硬脂酸 0.5 ；过氧化二异丙苯 4 ；三烯丙基异氰脲酸酯2.5。 其 中HNBR 分别为：Therban 3406、Therban 3446 ；配方编号分别记为：1#、2#。

1.3 主要仪器与设备

XK-200 型开炼机，青岛新华青橡胶机械有限公司产品；XLB-D 型平板硫化机，湖州东方机械有限公司产品；digi test II 型全自动硬度计，德国博锐仪器公司产品；M-3000FA 型硫化仪、AI-3000 型拉力试验机、GT-7017-EL1 型换气式老化试验箱和GT-7061-NDA 型脆化试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.4 试样制备

首先将HNBR 生胶加入开炼机进行塑炼，再依次加入炭黑、增塑剂和防老剂等原材料进行混炼，最后加入硫化剂，打三角包薄通5 次，混炼均匀后出片，停放24 h。采用平板硫化机进行一段硫化制样，条件为170 ℃×（t90+3 min），再采用换气式老化试验箱进行二段硫化制样，条件为150 ℃×4 h。

1.5 性能测试

硫化特性按照GB/T 16584—1996 进行测试，温度为170 ℃；拉伸性能按照GB/T 528—2009 进行测试，试样为1 型哑铃形；硬度按照GB/T 531.1—2008进行测试；撕裂强度按照GB/T 529—2008 进行测试；热空气老化性能按照GB/T 3512—2014 进行测试，温度为150 ℃，时间为72 h ；压缩永久变形按照GB/T 7759. 1—2015 测试，试样为A 型，压缩率为25%，温度为150 ℃，时间为72 h ；脆性温度按照GB/T 1682—2014 进行测试，采用单试样法；耐油性能按照GB/T 1690—2010 进行测试，温度为90 ℃，时间为72 h。

2 结果与讨论

2.1 结构对比

对两种牌号的HNBR 生胶进行性能对比，其特性参数如表1 所示。

表1 HNBR 的特性参数

2.2 硫化特性

表2 是两种HNBR 混炼胶的硫化特性。由表2 可知，与1#配方相比，2#配方的MH-ML较高，且t90较短，虽然两种配方使用的HNBR 生胶的结合丙烯腈含量相同，但生胶的残余双键的含量不同，1# 配方使用的生胶饱和度高达99%，而2# 配方使用的生胶饱和度仅为96%，在硫化过程中，双键活性高，可以引发自由基进行连锁交联反应[6]，因此2# 配方具有较高的交联密度和硫化速度，门尼焦烧时间也相对较短。从表2中还可以看出，1# 配方的门尼黏度高于2# 配方，这是由于1# 配方的生胶门尼黏度本身较高引起的。

表2 混炼胶的硫化特性

2.3 力学性能

两种HNBR 胶料的力学性能见表3。从表3 可以看出，2# 配方的硬度、拉伸强度和定伸应力均高于1#配方，且2# 配方具有较小的压缩永久变形，这是因为低饱和度HNBR 胶料的交联密度较高引起的。同时低饱和度也造成了撕裂强度较低，2# 配方的撕裂强度低于1# 配方。

从表3 还可以看出两种胶料老化后的力学性能变化，两种胶料老化后的硬度、拉伸强度和定伸应力均比老化前增大，拉断伸长率均减小，可见该老化过程以HNBR 交联反应为主。其中，2# 配方老化后性能保持率较好，具有更好的耐热空气老化性能。

表3 胶料的力学性能

2.4 低温性能

两种HNBR 胶料的脆性温度如表4 所示。脆性温度是指胶料在一定条件下受到冲击产生破坏时的最高温度，由表4 可知，2# 配方的脆性温度低于1# 配方，这是由于2# 配方生胶的饱和度较低，具有较高的交联密度，抵抗冲击的能力较强。

表4 胶料的脆性温度

图1 是两种胶料的DSC 曲线。从图1 可以看出，1# 配方、2# 配方的Tg分别为-35.03 ℃和-34.12 ℃，虽然两个配方具有相同的结合丙烯腈含量，橡胶大分子链段的柔顺性相当，但2# 配方的交联密度较高，低温下产生玻璃态的温度较高，因此1# 配方的Tg较低。

图1 胶料的DSC 曲线

2.5 耐油性能

本文选择IRM903 标准油来考察两种HNBR 胶料的耐油性能，结果见表5。实验后两种胶料的体积均增大，且体积增大的幅度基本相同，体积膨胀导致了胶料的力学性能受损。从表5 可以看出，两种胶料由于结合丙烯腈含量相同，其硬度、拉伸强度、拉断伸长率减小的幅度都相当。由此可知，饱和度对HNBR的耐油性能没有影响。

表5 胶料的耐油性能

3 结论

（1）饱和度为96% 的HNBR 具有较高的交联密度和硫化速度；饱和度为99% 的HNBR 具有较长的门尼焦烧时间和较高的门尼黏度。

（2）饱和度为96%的HNBR 具有较优的拉伸性能、耐压缩永久变形性能及耐热空气老化性能；饱和度为99% 的HNBR 具有较高的撕裂强度。

（3）饱和度为96% 的HNBR 的脆性温度较低；饱和度为99% 的HNBR 的Tg较低。

（4）饱和度对HNBR 的耐油性能没有影响。