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丁腈橡胶(NBR)广泛应用于耐油密封制品,长期在热油或热空气中使用,要求NBR胶料必须具有较好的物理机械和化学性能,特别是耐热老化性、高温下的耐油性和耐压缩永久变形性能。但由于NBR的分子结构中存在大量的不饱和双键,在热或热氧条件下容易交联老化从而产生硬化现象,长时间使用温度仅为100℃。随着机械工业的发展,对O型圈、油封等耐油橡胶制品要求越来越高,在130℃~150℃的条件下,拉伸强度要求达到20MPa以上,但NBR使用温度的上限为120℃。这就要求NBR胶料具有较高的力学强度,并且在高温下有较低的压缩永久变形。因此提高丁腈橡胶的耐热性能,突破其使用温度上限,延长其使用寿命成为重要的研究课题。基于生产和应用的需要,本文侧重于改进NBR的力学性能、耐油、耐热抗老化等性能,主要通过两种途径进行综合研究,第一是配合体系,第二是并用改性。通过调整丁腈橡胶耐油密封制品的生胶、防老剂、硫化体系、填充体系、增塑剂五种配合体系,以及并用氯化丁基橡胶,来提高其耐热抗老化性能和力学性能、耐油等性能,制备出高综合性能的NBR材料。本文主要获得以下成果:
(1)针对丁腈橡胶的耐热抗老化性能的影响因素,通过将硫化胶在140℃热空气老化72h,分别比较研究不同生胶、防老剂、硫化体系、填充体系、增塑剂五种配合体系对丁腈橡胶耐热抗老化性能和力学性能、耐油等性能的具体影响,同时对配合组份防老剂、填充体系及增塑剂进行定量研究。研究结果显示,选取100份50%丙烯腈含量的NBR橡胶作为生胶,2.5份有机过氧化物DCP作为硫化剂,4份SP—C作为防老剂,22.5份增强填料MDMA作为填充体系,10份DOS作为增塑剂时,丁腈橡胶具有最佳的耐热抗老化性能。此时丁腈橡胶的拉伸强度为17.5MPa,断裂伸长率达1193.7%,压缩永久变形(15%)仅为10.93%。
(2)并用耐热性能优良的氯化丁基橡胶CIIR,共混比例分别为90/10、80/20、70/30、60/40、50/50。通过将共混胶在140℃热空气老化72h,研究并用比例、硫化促进剂、填充体系对共混胶的耐热抗老化性能和力学性能、耐油等性能的影响。研究结果表明,选取NBR/CIIR并用比为80/20,1份DM作为硫化促进剂,22.5份增强填料MDMA作为填充体系,共混胶具有最佳的耐热抗老化性能。此时共混胶拉伸强度为20MPa,断裂伸长率达983.8%,压缩永久变形(25%)仅为18%。