耐乙醇汽油橡胶材料溶胀性能的研究*

2020-09-11李琳娜

合成材料老化与应用 2020年4期

高茜，李琳娜，于雪

（咸阳职业技术学院医药化工学院，陕西咸阳712000）

乙醇汽油是一种性能良好的环境友好型燃料，能够显著减少汽车发动机燃烧时排放的主要污染物一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC) 和氮氧化物(NOx)[1]。目前，我国已有多个省份开始使用乙醇汽油燃料，车用乙醇汽油（E10）主要是在常规汽油燃料的基础上增添10% 左右体积分数的变性燃料乙醇，以此有效提升汽油抗爆性指数，从而降低对辛烷值产生的影响[2]。

在推广车用乙醇汽油过程中发现，汽车燃油压力调节器的橡胶膜片、燃油胶管等橡胶制品在乙醇汽油中浸泡体积变化较大，导致材料性能下降，产品使用寿命缩短[3-4]，限制了车用乙醇汽油大规模的推广应用。

为提高橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能，具备较好的力学性能和较低的压缩永久变形。本文主要从原胶、炭黑、增塑剂及硫化体系的类型对胶料在乙醇汽油中的溶胀性能的影响进行了研究。

1 实验部分

1.1 主要原材料

丁腈橡胶NBR1051（镇江南帝化工有限公司）、橡塑合金NV3375（上海集拓橡塑制品有限公司）、橡塑合金NV7050（衡水赛可德）、氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、增塑剂、工艺助剂等，均为橡胶工业市售品。

1.2 主要仪器与设备

开炼机（XK-160A），上海橡胶机械厂；密炼机（XN-160），大连橡胶机械厂；平板硫化机（QLB-D），江苏海门县轻工机械厂；老化箱（401A），上海实验仪器总厂；电子拉力机（PT-1176P），台湾宝大国际仪器有限公司；硫化仪（MDR-2000E），无锡蠡园电子化工设备厂；门尼粘度仪（UM-2050），台湾优肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特仪器有限公司；恒温加热磁力搅拌器（DF-101S），巩义市予华仪器有限公司。

2 结果与讨论

2.1 原胶种类对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响

由于乙醇汽油较普通汽油引入了极性的羟基（-OH），降低了橡胶材料的耐溶胀性。丁腈橡胶因含有强极性的氰基（- CN），赋予了NBR优异的耐油能力[5]。选取丙烯腈含量较高的丁腈橡胶NBR1051、丁腈橡胶和PVC共混制备的橡塑合金NV3375 及橡塑合金NV7050 三种原胶，研究其在乙醇汽油E10 中溶胀性能的变化，结果见表1。

表1 原胶种类对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响Table 1 Effect of rubber types on swelling resistance to ethanol gasoline

由表1 可以看出，以橡塑合金NV7050 为原胶的橡胶材料在乙醇汽油E10 中体积及质量变化率最小，同时对橡胶材料进行力学性能测试的结果表明，橡塑合金NV7050 溶胀后的硬度、扯断伸长率及扯断强度变化率均低于NBR1051 和NV3375，呈现了较好的力学稳定性，因此选择橡塑合金NV7050 为原胶的橡胶材料研究其在乙醇汽油E10 的溶胀性能。

2.2 炭黑种类对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响

炭黑粒子的结构、粒径会影响橡胶材料在乙醇汽油中的溶胀性能，本文选用了不同种类的炭黑，研究其对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响，结果见表2 。

表2 炭黑种类对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响Table 2 Effect of carbon black on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

从表2 可以看出，随着炭黑粒径的减小，结构度增高，胶料在乙醇汽油中的扯断伸长率及扯断强度随之增加，永久变形降低。分析原因认为，炭黑粒径越小，结构度越高，硫化胶的交联密度随之增加，从而增强了胶料抗油渗透和膨胀的能力。但在胶料加工过程中发现，高结构度的炭黑会降低胶料的流动性。为改善胶料加工性能，将高结构度炭黑与低结构炭黑进行配比，在保证胶料耐油性的前提前，以期获得优异的物理机械性能和加工性。研究表明，加入N550 与N774 炭黑各40 份的胶料在乙醇汽油E10 中体积及质量变化率较小，且胶料的硬度变化最小，表现出较好的稳定性。

2.3 增塑剂类型对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响

增塑剂的加入能够降低橡胶分子间的作用力，从而降低橡胶的玻璃化温度，提高橡胶的可塑性、流动性，便于对胶料进行压延、压出[6]。选取增塑剂DOP、TOTM 及TP-95，研究其对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响，结果见表3。

表3 增塑剂对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响Table 3 Effect of plasticizer on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

从表3 可以看出，加入增塑剂TP-95 的胶料在乙醇汽油E10 中体积及质量变化率最小，同时胶料的硬度、扯断伸长率及扯断强度变化率较小。分析原因认为，增塑剂TP-95 中含有较多极性基团，更能够阻止乙醇汽油中的醇基向橡胶分子内部迁移，从而提高了胶料的耐溶胀性能，因此选择TP-95 作为适合的增塑剂。

2.4 硫化体系对橡胶材料抗乙醇汽油溶胀性能的影响

选取硫磺、复合及过氧化物硫化体系，研究其对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响，结果见表4。

表4 硫化体系对橡胶材料耐乙醇汽油溶胀性能的影响Table 4 Effect of vulcanization system on swelling resistance of rubber to ethanol gasoline

从表4 可以看出，加入过氧化物硫化体系的胶料在乙醇汽油E10 中体积及质量变化率最小，同时胶料的硬度、扯断伸长率及扯断强度变化率较小，永久变形最小，耐乙醇汽油溶胀性能最好。分析原因认为，过氧化物交联产生交联键（-C-O-C-）的键能最大，橡胶分子间距最小，能够有效阻止橡胶内外小分子物质的迁移，在乙醇汽油中起到较好的抗溶胀作用。