劉宏偉1，金人海2，欒麗娜3，王 利2(1.中國(guó)人民解放軍駐沈陽(yáng)第4橡膠廠軍事代表室，沈陽(yáng) 110022;2.延長(zhǎng)石油西北橡膠有限責(zé)任公司，陜西咸陽(yáng) 712023;3.沈陽(yáng)化工學(xué)校，沈陽(yáng) 110000)
摘要：采用共混法制備了乙炔炭黑/氫化丁腈導(dǎo)電橡膠，探討了電阻率隨乙炔炭黑及其他配合劑用量變化的規(guī)律。結(jié)果表明，快壓出炭黑和乙炔炭黑的用量分別為15份和30份時(shí)，膠料力學(xué)性能和電性能基本達(dá)到同一理想狀態(tài)。在滿足力學(xué)性能的前提下，不宜過多使用過氧化二異丙苯(DCP)作為導(dǎo)電型氫化丁腈橡膠的硫化劑。
關(guān)鍵詞：氫化丁腈橡膠;乙炔炭黑;導(dǎo)電性
中圖分類號(hào)：TQ333.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-4030(2014)01-0057-02
眾所周知，復(fù)合型導(dǎo)電橡膠已成為一種新型功能材料，廣泛用于電磁屏蔽、導(dǎo)電航空薄膜和自動(dòng)控制[1，2]等方面，其市場(chǎng)需求量不斷增大[3，4]。采用導(dǎo)電炭黑與橡膠通過共混制成的導(dǎo)電橡膠具有工藝簡(jiǎn)單、容易成型和常溫導(dǎo)電性能優(yōu)異等特點(diǎn)[5]。
氫化丁腈橡膠(HNBR)具有高飽和結(jié)構(gòu)，其耐油性能、耐熱性能、化學(xué)穩(wěn)定性和耐臭氧性能良好，力學(xué)強(qiáng)度、撕裂性能和耐磨性能優(yōu)異，是綜合性能極為出色的橡膠之一[6，7]。導(dǎo)電氫化丁腈橡膠在現(xiàn)代工業(yè)中得到較為廣泛的應(yīng)用，如航空飛行器上使用的輸油軟管等[8]。
本工作通過共混法制備了乙炔炭黑/氫化丁腈導(dǎo)電橡膠，探討了電阻率隨乙炔炭黑及其他配合劑用量變化的規(guī)律，同時(shí)對(duì)導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試與研究，以期能為后續(xù)相關(guān)工作提供參考。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 主要原材料
氫化丁腈橡膠，HNBR 2010，日本瑞翁公司;硫化劑DCP，化學(xué)純，上海化學(xué)試劑站中心化工廠;乙炔炭黑和快壓出炭黑，中聯(lián)橡膠(集團(tuán))總公司;己二酸烷基醚酯等其他助劑均為市售橡膠工業(yè)常用原材料。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備
開煉機(jī)，XK-16，湛江橡膠機(jī)械廠;平板硫化機(jī)，200t，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司;拉力試驗(yàn)機(jī)，XLL-250，上海正吉機(jī)械有限公司;邵爾A硬度計(jì)，XL-A，營(yíng)口市材料試驗(yàn)機(jī)廠;數(shù)字萬用表，DT890B+ 型，深圳市勝利有限責(zé)任公司。
1.3 試樣制備
將氫化丁腈橡膠投入開煉機(jī)上，待其完全包輥后，依次加入配合劑、快壓出炭黑和己二酸烷基醚酯，混煉均勻后分批加入乙炔炭黑，薄通3～5遍，充分混煉均勻，放大輥距，下片，待用;使用平板硫化機(jī)硫化試樣，硫化條件為：151 ℃×0.4MPa(表壓)×30min。
1.4 性能測(cè)試
拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均按GB/T528-2009測(cè)試，邵爾A硬度按GB/T531-2008測(cè)試，密度按GB/T533-2008 測(cè)試，體積電阻率按GB/T2439-2001測(cè)試。
2 結(jié)果與討論
2.1 炭黑用量對(duì)力學(xué)性能和體積電阻率的影響
本工作測(cè)試了乙炔炭黑不同用量的導(dǎo)電氫化丁腈橡膠力學(xué)性能，結(jié)果見表1。
由表1可看出，隨著乙炔炭黑用量的增大，導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度和邵爾A 硬度均有一定程度的增大，而拉斷伸長(zhǎng)率降低，拉斷永久變形減小，說明了乙炔炭黑對(duì)氫化丁腈橡膠具有一定的補(bǔ)強(qiáng)作用，但效果并不顯著。
乙炔炭黑用量對(duì)氫化丁腈橡膠電性能的影響見圖1。
從圖1可看出，當(dāng)乙炔炭黑用量小于25份時(shí)，導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的體積電阻率隨乙炔炭黑用量的增大而緩慢減小。其原因可能是乙炔炭黑用量不足，其粒子間距較大，粒子間幾乎沒有接觸，不能形成有效導(dǎo)電通路，橡膠主要靠較遠(yuǎn)距離的電子躍遷而導(dǎo)電，因此體積電阻率減小緩慢。當(dāng)乙炔炭黑用量超過25份時(shí)，乙炔炭黑均勻分布在橡膠基體中，粒子間呈連續(xù)狀存在，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因而體積電阻率迅速減小。當(dāng)乙炔炭黑用量大于35份時(shí)，體積電阻率變化不大。其原因可能是用量在25～35份時(shí)炭黑粒子已接近飽和，形成了連續(xù)導(dǎo)電通路，達(dá)到了乙炔炭黑導(dǎo)電能力的峰值，此時(shí)加入更多的乙炔炭黑，雖然增大了粒子數(shù)量，但并不能較大幅度地提升導(dǎo)電性能。其原因可能是機(jī)械混煉法不能更好地分散乙炔炭黑，造成了分布不均勻，影響了混煉膠的硬度和拉斷永久變形等性能。
2.2 快壓出炭黑用量對(duì)力學(xué)性能等的影響
本工作測(cè)試了快壓出炭黑不同用量的導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的力學(xué)性能和體積電阻率，結(jié)果見表2和圖2。
從圖2和表2可看出，隨著快壓出炭黑用量的增大，導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的拉伸強(qiáng)度和邵爾A硬度均有明顯提升，說明快壓出炭黑對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)能力優(yōu)于乙炔炭黑，而導(dǎo)電性能卻幾乎與之相反，快壓出炭黑用量超過15份后，雖然力學(xué)性能依然獲得提升，但導(dǎo)電性能下降卻十分明顯，其原因可能是快壓出炭黑在橡膠基體內(nèi)的分布已經(jīng)對(duì)乙炔炭黑粒子起到了阻隔絕緣作用，所以這2種炭黑并用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用要求在力學(xué)性能和導(dǎo)電性能之間做出合適調(diào)整。
2.3 硫化劑用量對(duì)力學(xué)性能和體積電阻率的影響
本工作測(cè)試了過氧化二異丙苯(DCP)不同用量的導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的力學(xué)性能，結(jié)果見表3。
過氧化二異丙苯(DCP)用量對(duì)氫化丁腈橡膠電性能的影響見圖3。從圖3可看出，當(dāng)DCP用量較少且不足3份時(shí)，隨著DCP用量的增大，膠料的體積電阻率大幅下降。當(dāng)DCP用量在3～7份時(shí)體積電阻率變化較為平緩，當(dāng)DCP用量在3～5份范圍內(nèi)膠料的力學(xué)性能相對(duì)較好。
2.4 增塑劑對(duì)力學(xué)性能和體積電阻率的影響
本工作測(cè)試了己二酸烷基醚酯(TP-95)不同用量的導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的力學(xué)性能和體積電阻率，結(jié)果見表4和圖4。
增塑劑對(duì)橡膠的增塑效果和低溫性能等有明顯影響，在炭黑大用量的膠料中增塑劑還能輔助提高加工性能，使得炭黑分散得更加均勻，各項(xiàng)預(yù)期指標(biāo)容易達(dá)到。本實(shí)驗(yàn)選用了新型環(huán)保無毒增塑劑己二酸烷基醚酯(TP-95)。
從表4和圖4可看出，己二酸烷基醚酯對(duì)膠料力學(xué)性能有明顯影響，拉斷伸長(zhǎng)率隨著TP-95用量的增大有著明顯的變大趨勢(shì)，而拉伸強(qiáng)度卻逐步變小。由此可斷定，增塑劑對(duì)炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用有一定的抑制作用。電性能隨TP-95用量的增大先減小后增大。其原因可能是TP-95用量在5～10份之間主要起軟化橡膠、促進(jìn)炭黑分散的作用;用量超過15份后其抑制炭黑補(bǔ)強(qiáng)的作用明顯顯露出來。
3·結(jié)論
(1)乙炔炭黑用量超過25份時(shí)，導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的體積電阻率迅速減小;用量大于35份時(shí)，膠料的體積電阻率下降趨緩。加入乙炔炭黑可制備出性能良好的復(fù)合型氫化丁腈橡膠導(dǎo)電膠料。
(2)快壓出炭黑用量需要在力學(xué)性能和電性能之間選取合適的平衡點(diǎn);快壓出炭黑和乙炔炭黑的用量分別為15份和30份時(shí)，膠料力學(xué)性能和電性能基本達(dá)到同一理想狀態(tài)。
(3)過氧化二異丙苯(DCP)用量對(duì)導(dǎo)電氫化丁腈橡膠的導(dǎo)電性有較大影響。在滿足力學(xué)性能的前提下，不宜過多使用過氧化二異丙苯(DCP)作導(dǎo)電型氫化丁腈橡膠的硫化劑。
(4)增塑劑的使用將使大用量炭黑的橡膠膠料工藝性能更加理想，其用量為10份左右時(shí)起到積極輔助作用。
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