耐油性PA6/NBR共混物的制备与性能研究

孙 赫,郐 羽,牟 洋,张会轩

(长春工业大学合成树脂与特种纤维工程研究中心,吉林长春130012)

耐油性PA6/NBR共混物的制备与性能研究

孙 赫,郐 羽,牟 洋,张会轩＊

(长春工业大学合成树脂与特种纤维工程研究中心,吉林长春130012)

采用不同种类的丁腈橡胶(NBR)与聚酰胺6(PA 6)熔融共混制备了聚酰胺6/丁腈橡胶混合物(PA 6/NBR),考察了共混过程中扭矩值的变化,并研究了不同腈基含量共混物的拉伸性能及耐溶剂性能。结果表明,随着NBR含量的增加,共混物的熔体黏度、体积溶胀率与质量溶胀率均显著提高,但拉伸强度下降。红外光谱分析表明,NBR与PA 6在高温高剪切作用下存在微化学反应;并随着腈基含量的增加,PA 6/NBR共混物的平衡扭矩增大,拉伸强度明显提高,耐溶剂性下降。

聚酰胺6;丁腈橡胶;共混物;耐溶剂性能;拉伸强度

0 前言

NBR是丁二烯和丙烯腈的共聚物,以其优良的耐油、耐腐蚀介质性能被广泛应用于油管、油箱、油封等耐油橡胶工业制品的生产中。随着丙烯腈含量的增加,NBR的耐油性、耐热性、耐磨性、耐气体渗透性、硬度、定伸应力、拉伸强度等提高,耐寒性、弹性、抗压缩永久变形性能变差。因此如何提高NBR制品的耐油性和力学性能、延长橡胶制品的使用寿命就成为了人们关注的热点之一[1]。国内外学者对NBR的配合体系、流变性能、结构形态等进行了大量的研究[2-10]。本文采用不同腈基含量的 NBR与 PA 6共混,考察了NBR含量及腈基含量对PA 6/NBR共混物力学性能及耐溶剂性能的影响,在此基础上探讨了两相间微化学反应对共混物性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

NBR1,2907,腈基含量为29%,兰化合成胶厂;

NBR2,N220S,腈基含量为41%,日本JSR公司;

PA 6,黑龙江尼龙厂。

1.2 主要设备及仪器

Haake转矩流变仪,德国 Thermo Electron公司;

平板硫化机,XLB,青岛第三橡胶机械厂;

傅里叶变换红外光谱仪,AVA TAR-360,美国Nicolet仪器公司;

万能拉力机,INSTRON 3365,日本仪器公司。

1.3 试样制备

首先将PA 6于真空烘箱85℃下干燥24 h,然后采用 Haake转矩流变仪将 PA 6与NBR共混,其中NBR含量分别为 10%、20%、30%、40%,混炼时间为5 min,混炼温度为230℃,将制得的PA 6/NBR共混物切成标准的拉伸样条。

1.4 性能测试与结构表征

按 GB/T 1690—1992进行耐溶剂性能测试,将甲苯与93#汽油混合(体积比为30/70)作为溶剂,测定试样在室温条件下浸于混合溶剂48 h后的体积变化率;

采用红外光谱仪测试PA 6/NBR共混物的红外谱图,KBr压片法;

按ASTM D638进行拉伸强度测试,拉伸速度为10 mm/min,测试温度为23℃。

2 结果与讨论

2.1 PA6/NBR熔融共混过程中扭矩值的变化

从图1可以看出,共混物的熔体黏度随NBR含量的增加而升高,到达共混平衡时的黏度较高,因此平衡扭矩值表现出上升的趋势。从图2可以看出,随着NBR含量的上升,含有较高腈基含量的NBR2与PA 6共混物的平衡扭矩值逐步升高。

图1 PA 6/NBR共混物熔融共混过程中的扭矩值变化Fig.1 Torque of PA 6/NBR blends as a function of mixing time

图2 PA 6/NBR1与PA 6/NBR2熔融共混过程中扭矩值的比较Fig.2 Comparison of torque of PA 6/NBR1 with that of PA 6/NBR2 blends

2.2 PA6/NBR共混物的红外分析

从图3可以看出,NBR1和NBR2均在2238 cm-1处出现了吸收峰,这是C≡N的伸缩振动峰;NBR1在1635 cm-1处的吸收峰为的伸缩振动峰,NBR2的的伸缩振动峰由于强极性的C≡N数量的增加而向低频方向移动,吸收峰位置出现在1629 cm-1。796 cm-1的吸收峰对应于的摇摆振动。

从图3还可以看出,PA 6在1639 cm-1处的吸收峰为伸缩振动峰(常称为酰胺Ⅰ谱带),1558 cm-1处吸收峰为N—H的弯曲振动与C—N的伸缩振动叠加吸收峰(常称为酰胺Ⅱ谱带)。PA 6/NBR1共混物中酰胺Ⅱ谱带相对酰胺Ⅰ谱带强度减弱,推测N—H含量降低,酰胺Ⅱ谱带峰向高频偏移,即从1558 cm-1移向1569 cm-1,可归为N上连接的基团质量增大所致。PA6/NBR1共混物中还存在C≡N伸缩振动峰,说明C≡N基团未参加微化学反应。PA6/NBR1和 PA6/NBR2 中796、779 cm-1处的的摇摆振动吸收峰明显减弱,这是因为NBR与PA6在高温动态硫化过程中,因参与微化学反应而使其含量降低所造成的。

图3 PA 6、NBR和PA 6/NBR共混物的红外谱图Fig.3 FTIR spectra for PA 6,NBR and PA 6/NBR blends

2.3 PA6/NBR共混物的拉伸强度

从图4可以看出,随着NBR橡胶含量的上升,共混物的拉伸强度呈下降趋势。在NBR含量相同的条件下,高腈基含量的NBR2与PA 6共混物的拉伸强度较高,这是由于NBR2含量的上升,破坏了基体树脂的连续性,因此拉伸强度逐步下降。同时由于高腈基含量的NBR2与PA 6共混过程中,两相间可能发生微化学反应,导致NBR2与 PA 6基体树脂间相互作用加强,因此相同橡胶含量条件下,PA 6/NBR2共混物的拉伸强度较高。

图4 PA 6/NBR共混物的拉伸强度Fig.4 Tensile strength of PA 6/NBR blends

2.4 PA6/NBR共混物的耐溶剂性能

将PA 6/NBR共混物在室温条件下浸于混合溶剂48 h,达到溶胀平衡后,其体积溶胀率与质量溶胀率如图5和图6所示。从图5和图6可以看出,共混物的体积溶胀率与质量溶胀率均随着NBR含量的上升呈上升趋势。当NBR含量低于20%时,共混物的体积溶胀率与质量溶胀率主要受橡胶相溶胀的作用,所以PA 6/NBR1共混物溶胀率较大。当 NBR含量超过20%时,共混物的溶胀不仅受NBR影响,同时由于高腈基含量的NBR 2与PA 6的微化学反应可能降低PA 6的结晶,使 PA 6的耐溶剂性能下降,在溶剂作用下产生较大的溶胀,因此PA 6/NBR2共混物的溶胀较大。

图5 PA 6/NBR共混物的体积溶胀率Fig.5 Volume swelling ratio of PA 6/NBR blends

图6 PA 6/NBR共混物的质量溶胀率Fig.6 Quality swelling ratio of PA 6/NBR blends

3 结论

(1)PA 6/NBR共混物的熔体黏度与平衡转矩值随着NBR含量的增加而上升;在NBR含量相同的条件下,腈基含量的增加使得共混物的平衡转矩值升高;

(2)PA 6/NBR共混物的拉伸强度随着NBR橡胶含量的上升呈下降趋势;在NBR含量相同的条件下,拉伸强度随着腈基含量的增加而上升;

(3)红外分析表明,NBR与 PA 6在高温高剪切作用下存在微化学反应,即双键与胺基间的反应;

(4)PA 6/NBR共混物的体积溶胀率与质量溶胀率随着NBR含量的上升均呈上升趋势。同时高腈基含量的NBR2与PA 6的微化学反应可能会降低共混物的耐溶剂性能。

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Preparation and Properties of Polyamide 6/Nitrile Rubbe Blends with Oil Resistance

SUN He,GU I Yu,MU Yang,ZHANG Huixuan＊
(Engineering Research Center of Synthetic Resin and Special Chemical Fiber,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

Polyamide 6/nitrile-butadiene rubber(PA 6/NBR)blendswere prepared viamelt blending from PA 6 and different types of NBR.The mixing torque,mechanical property,and solvent resistance of the blends were studied.With increasing content of NBR,the melt viscosity and swelling ratio of the blends increased,while tensile strength decreased.Infrared spectra showed that there was chemical reaction between NBR and PA 6 under high temperature and high shear rate.With increasing content of nitrile,the equilibrium torque and tensile strength of PA 6/NBR blends increased,and solvent resistance reduced.

polyamide 6;nitrile-butadiene rubber;blend;solvent resistance;tensile strength

TQ333.7、TQ323.6

B

1001-9278(2011)04-0046-04

2010-12-31

＊联系人,app leyupear@yeah.net