氯化丁基橡胶和氯丁橡胶的并用研究

2015-10-22贺鹏

橡塑资源利用 2015年1期

贺鹏

（驻北京地区某军代表室，北京，100176）

性能不同的各种橡胶并用广泛应用于制造橡胶制品，可使胶料的性能达到优势互补，获得更好的力学性能、更长的寿命以及更好的加工性能等。氯丁橡胶CR分子链呈线性结构，结构规整、易结晶，具有较好的自补强性，分子链中含有极性的氯侧基，降低了双键电子密度，使双键活性下降，从而使得氯丁橡胶具有优良的耐候性、耐热氧老化性能、阻燃性和耐介质性能等[1]。氯化丁基橡胶CIIR是由丁基橡胶IIR通过取代反应氯化改性的产物，其主链结构与丁基橡胶相同，使得CIIR具有IIR分子主链所固有的一切特性，例如耐热、耐臭氧、滞后损失大、透气性低等[2]。将CR与CIIR并用对于改进CIIR的阻燃性能及耐天候老化性能非常有帮助，同时也可大幅度改善 CR的耐臭氧老化性能。这两种橡胶的并用具有现实意义和可行性，本文主要探讨并用比例、硫化体系、炭黑品种及用量等因素对CIIR/CR并用胶物理机械性能、耐老化性能及耐臭氧老化性能等的影响。

1.实验

1.1 原材料

氯丁橡胶CR：牌号320，重庆长寿化工股份有限公司产品，氯化丁基橡胶：牌号1068，Exxon公司产品，其它均为国产橡胶工业使用原材料。

1.2 基本配方

生胶：100，炭黑：变量，氧化锌：5，硬脂酸：1，促进剂：变量，氧化镁：变量。

1.3 仪器与设备

X(S)K-160 开炼机，上海橡胶机械一厂产品；0.50兆牛半自动压力成型机，上海西玛伟力公司产品；XHS-A邵尔硬度计，营口新兴试验机械厂产品；橡胶流变仪，江都市道纯试验机械厂产品；电子拉力试验机，江都精艺试验机械有限公司产品；热空气老化箱、臭氧老化试验箱，江都金刚试验机械厂产品。

1.4 试样制备

将开炼机辊距调整至小于1mm，投入生胶进行薄通，然后调整辊距至 2mm，待胶料包辊后，先加入硬脂酸、防老剂等小料，然后慢慢加入炭黑和操作油，待炭黑完全混入后，最后加入硫化剂和促进剂，打三角包并薄通5遍后，放厚辊距至2~3mm后下片，停放8h后翻炼，然后包辊出片。

在平板硫化机上进行试片硫化，硫化条件：155℃×25min

1.5 性能测试

试片按照GB/T 2941橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序进行停放后进行性能测试，扯断伸长率和拉伸强度按GB/T 528的规定进行测试，硬度按照GB/T 531的规定进行测试，老化性能按照 GB/T3512的规定进行测试，臭氧老化性能按照GB/T 7762的规定进行测试。

2.结果与讨论

2.1 并用比的影响

按照表1所示的并用比例，硫化体系为：促进剂DM：2份、促进剂TT：1份、ZnO：5份，填充体系为：高耐磨炭黑N330：50份，制得并用胶，其力学性能见图1、图2所示。

表1 CIIR/CR并用比例

由图1可以看出，随着氯丁橡胶用量比例的增加，并用胶的硬度逐渐增加，这与氯丁橡胶自身分子链结构规整，抵抗外来变形的能力加大有关。

由图2可以看出氯丁橡胶与氯化丁橡胶并用后，并用胶的拉伸强度均要低于两种橡胶单独使用时的拉伸强度，这与氯丁橡胶与氯化丁橡胶的硫化过程中分子交联的机理不同有一定关系。氯丁橡胶中氯含量较高，由于氯原子的极性较强，分子主链的双键钝化，使得 α-亚甲基上的氢变得不活泼，因此交联反应活性中心位于乙烯基团[1]；而氯化丁基橡胶氯含量相对较低，仅约为1.1%~1.3%，且主要反应在异戊二烯链节双键的α位上，交联反应主要利用烯丙基氯及双键活性点来进行，适用于丁基橡胶的各种硫化体系均适用于氯化丁基橡胶，且硫化速度较宽，而用金属氧化物来硫化时硫化速度较慢。

氯丁橡胶分子链结构规整，在外力作用下容易拉伸结晶，分子间不宜滑脱，而氯化丁基橡胶的扯断伸长率较大，用量为100%时其扯断伸长率可达600%。随着氯化丁基橡胶橡胶的比例，并用胶的扯断伸长率则会增加。

2.2 并用胶耐热老化性能及耐臭氧老化性能

为考察苛刻条件下胶料的热老化性能，本文选择125℃×72小时的老化条件。不同并用比的硫化胶老化后的拉伸强度保持率和扯断伸长率的保持率见图3所示，从图3可以看出在并用胶中随着氯丁橡胶含量的增加，拉伸强度的保持率有小幅度的增加，而扯断伸长率的保持率则在一个微小幅度的增加后有一个明显幅度的下降。

图1 CIIR/CR共混比对硫化胶硬度的影响

图2 CIIR/CR共混比对硫化胶物理机械性能的影响

图3 CIIR/CR共混比对硫化胶老化后物理机械性能保持率的影响

并用胶耐臭氧老化性能如下表所示，由表 2中数据可以看出，CIIR能有效地改善CR的耐臭氧老化性能。

表2

2.3 促进剂Na-22的影响

促进剂Na-22（乙烯硫脲）为氯丁橡胶常用促进剂，特别适用于金属氧化物硫化，尤其以氧化镁、氧化锌作硫化剂更好。操作安全性好，不宜焦烧。配用促进剂Na-22后的CIIR/CR并用胶物理机械性能如图所示。可以看出仅使用促进剂Na-22时硫化胶的扯断伸长率较低，这与促进剂Na-22能有效提高并用胶的硫化程度有一定关系。

图4 使用促进剂Na-22时CIIR/CR共混比对硫化胶物理机械性能的影响

2.4 炭黑的影响

不同品种的炭黑对CIIR/CR并用胶的影响见图所示，从中可以看出，N220、N330和N550补强效果较好，这是因为炭黑粒径小，结构性高，补强效果好。N550、N660及N774的老化系数相对较高，这与这些炭黑的粒径较大，在橡胶中的分散较好有一定关系。

表3 炭黑对CIIR/CR并用胶性能的影响

炭黑的并用用量对并用胶也有着重要影响，以炭黑N550为例，添加量分别为 30、40、50、60和70份的并用胶的物理机械性能如图所示。从中可以看出，随着炭黑用量的增加，并用胶的硬度提高；扯断伸长率减小，拉伸强度先增大，在用量为40份后趋于稳定；撕裂强度先增大，在炭黑用量超过60份后减小，这与炭黑用量较大时，炭黑不宜分散均匀，容易形成团聚体有一定关系，这种情况下橡胶分子不宜穿入团聚体中与炭黑结合，同时这些团聚体也容易形成应力集中点而促使在受力时容易形成银纹，致使并用胶抗撕裂性能下降。