耐油性PA6/NBR共混物的制備與性能研究

孫 赫,鄶 羽,牟 洋,張會軒

(長春工業大學合成樹脂與特種纖維工程研究中心,吉林長春130012)

耐油性PA6/NBR共混物的制備與性能研究

孫 赫,鄶 羽,牟 洋,張會軒＊

(長春工業大學合成樹脂與特種纖維工程研究中心,吉林長春130012)

采用不同種類的丁腈橡膠(NBR)與聚酰胺6(PA 6)熔融共混制備了聚酰胺6/丁腈橡膠混合物(PA 6/NBR),考察了共混過程中扭矩值的變化,并研究了不同腈基含量共混物的拉伸性能及耐溶劑性能。結果表明,隨著NBR含量的增加,共混物的熔體黏度、體積溶脹率與質量溶脹率均顯著提高,但拉伸強度下降。紅外光譜分析表明,NBR與PA 6在高溫高剪切作用下存在微化學反應;并隨著腈基含量的增加,PA 6/NBR共混物的平衡扭矩增大,拉伸強度明顯提高,耐溶劑性下降。

聚酰胺6;丁腈橡膠;共混物;耐溶劑性能;拉伸強度

0 前言

NBR是丁二烯和丙烯腈的共聚物,以其優良的耐油、耐腐蝕介質性能被廣泛應用于油管、油箱、油封等耐油橡膠工業制品的生產中。隨著丙烯腈含量的增加,NBR的耐油性、耐熱性、耐磨性、耐氣體滲透性、硬度、定伸應力、拉伸強度等提高,耐寒性、彈性、抗壓縮永久變形性能變差。因此如何提高NBR制品的耐油性和力學性能、延長橡膠制品的使用壽命就成為了人們關注的熱點之一[1]。國內外學者對NBR的配合體系、流變性能、結構形態等進行了大量的研究[2-10]。本文采用不同腈基含量的 NBR與 PA 6共混,考察了NBR含量及腈基含量對PA 6/NBR共混物力學性能及耐溶劑性能的影響,在此基礎上探討了兩相間微化學反應對共混物性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

NBR1,2907,腈基含量為29%,蘭化合成膠廠;

NBR2,N220S,腈基含量為41%,日本JSR公司;

PA 6,黑龍江尼龍廠。

1.2 主要設備及儀器

Haake轉矩流變儀,德國 Thermo Electron公司;

平板硫化機,XLB,青島第三橡膠機械廠;

傅里葉變換紅外光譜儀,AVA TAR-360,美國Nicolet儀器公司;

萬能拉力機,INSTRON 3365,日本儀器公司。

1.3 試樣制備

首先將PA 6于真空烘箱85℃下干燥24 h,然后采用 Haake轉矩流變儀將 PA 6與NBR共混,其中NBR含量分別為 10%、20%、30%、40%,混煉時間為5 min,混煉溫度為230℃,將制得的PA 6/NBR共混物切成標準的拉伸樣條。

1.4 性能測試與結構表征

按 GB/T 1690—1992進行耐溶劑性能測試,將甲苯與93#汽油混合(體積比為30/70)作為溶劑,測定試樣在室溫條件下浸于混合溶劑48 h后的體積變化率;

采用紅外光譜儀測試PA 6/NBR共混物的紅外譜圖,KBr壓片法;

按ASTM D638進行拉伸強度測試,拉伸速度為10 mm/min,測試溫度為23℃。

2 結果與討論

2.1 PA6/NBR熔融共混過程中扭矩值的變化

從圖1可以看出,共混物的熔體黏度隨NBR含量的增加而升高,到達共混平衡時的黏度較高,因此平衡扭矩值表現出上升的趨勢。從圖2可以看出,隨著NBR含量的上升,含有較高腈基含量的NBR2與PA 6共混物的平衡扭矩值逐步升高。

圖1 PA 6/NBR共混物熔融共混過程中的扭矩值變化Fig.1 Torque of PA 6/NBR blends as a function of mixing time

圖2 PA 6/NBR1與PA 6/NBR2熔融共混過程中扭矩值的比較Fig.2 Comparison of torque of PA 6/NBR1 with that of PA 6/NBR2 blends

2.2 PA6/NBR共混物的紅外分析

從圖3可以看出,NBR1和NBR2均在2238 cm-1處出現了吸收峰,這是C≡N的伸縮振動峰;NBR1在1635 cm-1處的吸收峰為的伸縮振動峰,NBR2的的伸縮振動峰由于強極性的C≡N數量的增加而向低頻方向移動,吸收峰位置出現在1629 cm-1。796 cm-1的吸收峰對應于的搖擺振動。

從圖3還可以看出,PA 6在1639 cm-1處的吸收峰為伸縮振動峰(常稱為酰胺Ⅰ譜帶),1558 cm-1處吸收峰為N—H的彎曲振動與C—N的伸縮振動疊加吸收峰(常稱為酰胺Ⅱ譜帶)。PA 6/NBR1共混物中酰胺Ⅱ譜帶相對酰胺Ⅰ譜帶強度減弱,推測N—H含量降低,酰胺Ⅱ譜帶峰向高頻偏移,即從1558 cm-1移向1569 cm-1,可歸為N上連接的基團質量增大所致。PA6/NBR1共混物中還存在C≡N伸縮振動峰,說明C≡N基團未參加微化學反應。PA6/NBR1和 PA6/NBR2 中796、779 cm-1處的的搖擺振動吸收峰明顯減弱,這是因為NBR與PA6在高溫動態硫化過程中,因參與微化學反應而使其含量降低所造成的。

圖3 PA 6、NBR和PA 6/NBR共混物的紅外譜圖Fig.3 FTIR spectra for PA 6,NBR and PA 6/NBR blends

2.3 PA6/NBR共混物的拉伸強度

從圖4可以看出,隨著NBR橡膠含量的上升,共混物的拉伸強度呈下降趨勢。在NBR含量相同的條件下,高腈基含量的NBR2與PA 6共混物的拉伸強度較高,這是由于NBR2含量的上升,破壞了基體樹脂的連續性,因此拉伸強度逐步下降。同時由于高腈基含量的NBR2與PA 6共混過程中,兩相間可能發生微化學反應,導致NBR2與 PA 6基體樹脂間相互作用加強,因此相同橡膠含量條件下,PA 6/NBR2共混物的拉伸強度較高。

圖4 PA 6/NBR共混物的拉伸強度Fig.4 Tensile strength of PA 6/NBR blends

2.4 PA6/NBR共混物的耐溶劑性能

將PA 6/NBR共混物在室溫條件下浸于混合溶劑48 h,達到溶脹平衡后,其體積溶脹率與質量溶脹率如圖5和圖6所示。從圖5和圖6可以看出,共混物的體積溶脹率與質量溶脹率均隨著NBR含量的上升呈上升趨勢。當NBR含量低于20%時,共混物的體積溶脹率與質量溶脹率主要受橡膠相溶脹的作用,所以PA 6/NBR1共混物溶脹率較大。當 NBR含量超過20%時,共混物的溶脹不僅受NBR影響,同時由于高腈基含量的NBR 2與PA 6的微化學反應可能降低PA 6的結晶,使 PA 6的耐溶劑性能下降,在溶劑作用下產生較大的溶脹,因此PA 6/NBR2共混物的溶脹較大。

圖5 PA 6/NBR共混物的體積溶脹率Fig.5 Volume swelling ratio of PA 6/NBR blends

圖6 PA 6/NBR共混物的質量溶脹率Fig.6 Quality swelling ratio of PA 6/NBR blends

3 結論

(1)PA 6/NBR共混物的熔體黏度與平衡轉矩值隨著NBR含量的增加而上升;在NBR含量相同的條件下,腈基含量的增加使得共混物的平衡轉矩值升高;

(2)PA 6/NBR共混物的拉伸強度隨著NBR橡膠含量的上升呈下降趨勢;在NBR含量相同的條件下,拉伸強度隨著腈基含量的增加而上升;

(3)紅外分析表明,NBR與 PA 6在高溫高剪切作用下存在微化學反應,即雙鍵與胺基間的反應;

(4)PA 6/NBR共混物的體積溶脹率與質量溶脹率隨著NBR含量的上升均呈上升趨勢。同時高腈基含量的NBR2與PA 6的微化學反應可能會降低共混物的耐溶劑性能。

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[5] 曾廣禮,楊文平.丁腈橡膠/三元尼龍共混體系的研究[J].橡膠工業,1992,39(12):724-727.

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[7] 趙素合,賀春江.NBR/三元尼龍/二元尼龍三元共混型熱塑性彈性體制備工藝與性能的研究[J].橡膠工業,2003,50(4):197-200.

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[9] 鄧本誠,張小平,威世奎.NBR/PA熱塑性彈性體的相態研究[J].合成橡膠工業,1991,14(6):41-42。

[10] 趙 勇,吳碧荷.動態交聯丁腈橡膠/三元尼龍的結構與性能[J].化學工業與工程,1996,13(3):34-37.

Preparation and Properties of Polyamide 6/Nitrile Rubbe Blends with Oil Resistance

SUN He,GU I Yu,MU Yang,ZHANG Huixuan＊
(Engineering Research Center of Synthetic Resin and Special Chemical Fiber,Changchun University of Technology,Changchun 130012,China)

Polyamide 6/nitrile-butadiene rubber(PA 6/NBR)blendswere prepared viamelt blending from PA 6 and different types of NBR.The mixing torque,mechanical property,and solvent resistance of the blends were studied.With increasing content of NBR,the melt viscosity and swelling ratio of the blends increased,while tensile strength decreased.Infrared spectra showed that there was chemical reaction between NBR and PA 6 under high temperature and high shear rate.With increasing content of nitrile,the equilibrium torque and tensile strength of PA 6/NBR blends increased,and solvent resistance reduced.

polyamide 6;nitrile-butadiene rubber;blend;solvent resistance;tensile strength

TQ333.7、TQ323.6

B

1001-9278(2011)04-0046-04

2010-12-31

＊聯系人,app leyupear@yeah.net