于祥，林尧，邓涛

(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

丁腈橡胶（NBR）是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合而制得的一种高分子弹性体。由于其分子中含有极性基团——氰基，所以具有优异的耐非极性油性和非极性溶剂性能，同时与其他极性橡胶具有很好的相容性[1～6]。BR作为一种非极性橡胶，具有优异的耐低温性能。本文主要研究了NBR硫化胶及NBR/BR硫化胶的不同老化历程及耐低温性能的变化规律，为NBR/BR的应用打下了基础。

1 实验部分

1.1 原材料

NBR（丁腈橡胶），6280，丙烯腈含量为34%，韩国LG公司；BR（顺丁橡胶），9000，广东茂名石化公司。其他药品包括NOBS、TMTM、ZnO、SA、N774、N990、S、BLE、RD、TP-95等均为市售。

1.2 主要仪器和设备

X(S)K-160开炼机，上海双翼橡塑机械有限公司；LCM-3C2-G03-LM平板硫化机，深圳佳鑫电子设备科技有限公司；M-3000A硫化仪，台湾高铁公司；JDL-2500N电子拉力机，天发试验机械有限公司；GT-7017-M老化箱，台湾高铁公司。

1.3 基本配方

实验主要研究了NBR与NBR/BR共混胶的性能变化规律。实验配方如表1所示。

1.4 试样制备

打开开炼机调整辊距→将塑炼好的胶料放入辊隙，使之包辊，产生适量堆积胶→加入小料（ZnO、SA）、补强填充体系（炭黑、软化剂）→切割、翻练，薄通、打三角包4～6次→加入硫化体系（S）→切割、翻练，薄通、打三角包4～6次→调整辊距及挡胶板到合适距离→割刀下片。混炼后的胶料要在标准温度、湿度下停放2～24 h，才可进行硫化操作。试样用平板硫化机硫化。硫化时间采用硫化仪测定工艺正硫化时间，硫化压力≥10 MPa。

表1 实验配方

1.5 性能测试

（1）硫化特性：按GB/T 16584—1996标准测试，用硫化仪进行测试。测试温度为155℃，转动角度均为 ±1°。

（2）拉伸性能测试：按照国标GB/T582—1998，用电子拉力试验机测试，拉伸速度为500 mm/min，测试温度为室温。

（3）热空气老化性能测试：老化条件是分别在80、90、100℃热空气下老化 24、72、120、148、216 h。老化后进行拉伸测试。

2 结果与讨论

2.1 NBR及NBR/BR混炼胶的硫化特性

表2为NBR与NBR/BR硫化胶的硫化特性的数据。

表2 NBR及NBR/BR硫化胶的硫化特性数据

如表2所示，由于NBR的双键含量较BR的双键含量高，且配方中采用相同的硫化体系，故造成NBR的硫化程度比NBR/BR的高，硫化速度稍慢，焦烧时间短。

2.2 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶物理机械性能的影响

进一步对NBR及NBR/BR硫化胶在不同老化历程下的部分物理机械性能进行了分析研究。

2.2.1 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶硬度及拉断强度的影响

2.2.1.1 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶硬度的影响

如图1、 图2所示，随着老化时间的延长，硫化胶的交联密度与交联程度增大，所以导致硫化胶的硬度增大。且在相同老化历程下（如90℃），NBR硫化胶的硬度变化率高于NBR/BR硫化胶，认为NBR较BR双键含量高，在相同的硫化体系下，NBR硫化胶的硫化程度大于NBR/BR硫化胶，所以NBR硫化胶硬度变化率大。

2.2.1.2 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶拉断强度的影响

从图3、图 4中可以看出，随着老化时间的延长、老化温度的升高，硫化胶的拉断强度不断增大，认为在该过程中，硫化胶的交联密度增加，同时交联网络更加均匀，以至网络在拉伸过程中应力集中减少，硫化胶的拉断强度增大。

图1 NBR硫化胶不同老化行为硬度的变化

图2 NBR/BR 硫化胶不同老化行为硬度的变化

相同的老化温度（如90℃），随老化时间的延长，由于NBR较BR双键含量高，在相同的硫化体系下，NBR硫化胶的硫化程度大于NBR/BR硫化胶，但其网络均匀性小于NBR/BR硫化胶，所以NBR硫化胶的拉断强度变化率大于NBR/BR硫化胶。

相同老化时间（如5天），随老化温度升高，由于NBR硫化胶网络均匀性较NBR/BR硫化胶差，所以NBR硫化胶的拉断强度变化率大于NBR/BR硫化胶。

2.2.2 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶扯断伸长率及定伸应力的影响

2.2.2.1 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶扯断伸长率的影响

从图5、 图6中可以看出，随着老化时间的延长、老化温度的升高，硫化胶的扯断伸长率下降，由于老化过程中，硫化胶交联程度进一步增大，造成扯断伸长率下降。

图3 NBR硫化胶不同老化行为拉断强度的变化

图4 NBR/BR硫化胶不同老化行为拉断强度的变化

图5 NBR硫化胶不同老化行为扯断伸长率的变化

图6 NBR/BR硫化胶不同老化行为扯断伸长率的变化

从图7中看出，在相同老化温度（100℃）下，随老化时间延长，NBR硫化胶的扯断伸长率高于NBR/BR硫化胶，但NBR硫化胶的扯断伸长率下降速率快，且变化率大，认为是NBR的双键含量较BR高，造成耐热空气老化性能差，下降速率快。

图7 共混胶老化时间与扯断伸长率的关系

从图8中看出，在相同老化时间（5天）下，随老化温度升高，NBR硫化胶的扯断伸长率高于NBR/BR硫化胶，但是由于NBR的双键含量较BR高，造成耐热空气老化性能较NBR/BR硫化胶差，所以NBR硫化胶的扯断伸长率下降速率快，变化率大。

2.2.2.2 不同老化行为对NBR及NBR/BR硫化胶定伸应力的影响

从图9、 图10中可以看出，随着老化时间的延长、老化温度的升高，硫化胶的定伸应力增大，老化过程中硫化胶交联密度增加，交联程度变大，定伸应力增大。

图8 共混胶老化温度与扯断伸长率的关系

图9 NBR硫化胶不同老化行为50%定伸应力的变化

图10 NBR/BR硫化胶不同老化行为50%定伸应力的变化

从图11中看出，在相同老化温度（100℃）下，随老化时间延长，NBR硫化胶的定伸应力略高于NBR/BR硫化胶，但是由于NBR的双键含量较BR高，造成硫化点多，老化过程中交联网络的密度大于NBR/BR硫化胶，所以NBR硫化胶的定伸应力上升速率快，且变化率大。

从图12中看出，在相同老化时间（5天）下，随老化温度升高，NBR硫化胶的定伸应力略高于NBR/BR硫化胶，但NBR硫化胶的定伸应力上升速率快，且变化率大，认为NBR的双键含量较BR高，造成硫化点多，老化过程中交联网络的密度大于NBR/BR硫化胶，所以导致定伸应力上升速率高于NBR/BR硫化胶。

图11 共混胶老化时间与50%定伸应力的关系

图12 共混胶老化温度与50%定伸应力的关系

2.3 NBR及NBR/BR硫化胶的耐低温性能

脆性温度为在规定条件下使一定数量的试样不产生破坏的最低温度。顺丁橡胶分子链无侧基，分子链柔顺性好，结构对称性好，所以其Tg低（为-105℃），因此其具有优异的耐低温性能；而NBR具有强极性的侧基-氰基，导致其柔顺性变差，Tg变高，所以其耐低温性能差。本次实验通过在NBR中共混部分的BR来改善NBR耐低温性能。

本次实验根据硫化橡胶低温脆性的测定方法，单试样法GB/T1682—94，测得NBR硫化胶的低温脆性温度为-21℃，而NBR/BR硫化胶低温脆性温度为-28℃，说明NBR共混BR后可以明显提高耐低温性能。

3 结论

（1）在老化行为上，两种共混胶的拉断强度、定伸应力都随着老化时间的延长及老化温度的升高而增大，而扯断伸长率随老化历程的变化而降低。

（2）NBR硫化胶的各种物理机械性能均略好于NBR/BR，但其性能变化率较NBR/BR硫化胶大。

（3）NBR共混BR后，其硫化胶的耐低温性能得到明显改善。