[發(fā)明專利]一種使用炭黑改性劑的丁腈橡膠膠料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610036644.1
• 申請日: 2006-07-21
• 公開（公告）號: CN101108903A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 岑蘭;陳福林;雷彩紅;王志遠
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C08L9/02
• 分類號: C08L9/02;C08K5/47;C09C3/08;C08K3/04;C08K3/22;C08K5/10;C08K5/3445
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及一種使用炭黑改性劑的丁腈橡膠膠料。

背景技術

丁腈橡膠NBR是由丙烯腈及丁二烯單體采用乳液聚合而成的一種特種橡膠。NBR分子鏈上帶有極性的腈基基團，賦予其優(yōu)異的耐非極性油等優(yōu)異性能，主要用于制作耐油橡膠制品，廣泛應用于汽車工業(yè)、航空航天、油田化工、輕紡工業(yè)、電線電纜和建筑材料等領域。

在長期熱空氣或熱油老化條件下，NBR制品易由于NBR的分子結構中不飽和雙鍵的存在，在高溫條件下化學穩(wěn)定性低，與氧、臭氧、其它介質的接觸，會促進NBR的老化，產生硬化和脆化現象。因此，與其它耐油橡膠品種如丙烯酸酯橡膠(ACM)、氯磺化聚乙烯(CSM)、氯醚橡膠(CO/ECO)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、氟橡膠(FPM)、硅氟橡膠(FSPM)等相比，NBR的耐熱性較差，長時間使用溫度范圍在-45～120℃。但相比之下，NBR的市場價格在上述耐油橡膠品種中是最低的，而且加工性能最好。

隨著石油和汽車工業(yè)的發(fā)展，維持車輛動力系統(tǒng)工作的燃油和潤滑油不斷向高性能化方向發(fā)展，工作溫度范圍交寬，工作介質油中的各類添加劑對橡膠的侵蝕作用增強，工作時承受的壓力增加，對耐油橡膠的性能提出了更加苛刻的要求。例如，要求NBR硫化膠具有較高的強度，并且在高溫下有較低的壓縮永久變形。因此，提高性價比優(yōu)勢明顯的NBR的綜合性能，部分代替高價格的其它耐油橡膠品種具有重要意義。

未經補強的NBR硫化膠，物理機械性能非常低，如拉伸強度只有1.5～3MPa，必須加入補強劑來提高硫化膠的性能才能使NBR具有實用價值。

填料增強橡膠的效果，除了填料本身的性質和結構決定橡膠與填料之間的相互作用外，填料在橡膠中的分散效果也是一個重要的因素。填料的分散狀態(tài)決定橡膠-填料相互作用與填料之間相互作用的平衡。填料的分散均勻化是與填料粒徑、表面固有活性或改性后所得活性一樣重要的影響因素。

炭黑是橡膠工業(yè)最重要的補強劑，已成為消費量最大的橡膠配合劑。炭黑增強橡膠，炭黑聚集體起著交聯鍵的作用，炭黑與橡膠之間共同組成填料-橡膠網絡；橡膠分子鏈可在炭黑粒子表面滑移，相對于純膠網絡，橡膠分子鏈伸展和取向更加明顯，可承受更大應力，炭黑的粒徑、結構性、表面活性在增強效應中起重要作用。

一般地，炭黑的粒徑越小，比表面積越大，結構性越高，則對橡膠的補強性能越好。硫化膠的硬度、拉伸強度、定伸應力等性能在一定用量范圍內隨炭黑粒徑的減少而上升，但硫化膠的沖擊彈性變小，壓縮永久變形變大，動態(tài)生熱升高，耐熱和耐寒性變差，而膠料在混煉時生熱增大，炭黑的分散性變差，加工困難。

不幸的是，NBR的加工性能特點是混煉時生熱量大、升溫快、粉料等配合劑不易混入，在高溫和高剪切應力作用下易產生結構化作用。隨著混煉溫度的升高和加工時間的延長，粘度會不斷增大，尤其當大量填充高結構、比表面積大、高活性的炭黑如高耐磨炭黑(HAF)和中超耐磨炭黑(ISAF)時，膠料的粘度會因凝膠的生成而急劇增加，使混煉加工更困難，流動性變差；同時，硫化膠的耐熱性和耐寒性交差，壓縮永久變形變大。

要想獲得高強度、低壓縮永久變形、耐熱性、耐寒性能優(yōu)異的高綜合性能的NBR硫化膠，必須加入高用量的高補強性炭黑來增強，同時必須解決炭黑的改性、混煉生熱大、分散等問題，應對制品多項性能相互制約的矛盾，以達到各項性能指標的綜合平衡。

炭黑的改性和分散有人研究證明，四硫化雙(三乙氧基丙基)硅烷(Si69)是一種多功能硅烷偶聯劑，可作為橡膠的硫化劑、活性劑以及炭黑的改性劑和分散劑，能夠降低膠料的粘度，提高硫化膠的拉伸強度、耐磨性、抗疲勞性和彈性。經過Si69、脂肪族二元或三元醇表面改性的炭黑與未改性的炭黑相比，所賦予天然橡膠(NR)/順丁橡膠(BR)/NBR三元共混硫化膠的滯后性能以及耐低溫、高溫和耐磨性得到改善。另外，經對芳香族多羥基化合物如間苯二酚、間苯三酚、鄰苯二酚或1，2，3-苯三酚等改性的炭黑填充NR的硫化膠，靜態(tài)力學性能和動態(tài)力學性能均有改善。