丁腈橡膠、聚氯乙烯機械共混工藝及其性能

紀麗麗，郝艷芬，霍占東，張麗君

（1.陜西延長石油西北橡膠有限責任公司，陜西 咸陽 712023；2.陜西延長石油集團橡膠公司，陜西 咸陽 712023)

單一的聚合物在實際生產過程中很多時候性能上很難達到使用要求，因此需要對聚合物進行改性。橡膠制品生產過程中，橡塑并用是橡膠改性的重要途徑之一，橡膠中參入塑料，不僅可以充分發揮橡膠的優良性能，又可彌補原橡膠中某些性能的不足之處，同時改善膠料的加工性能并且降低橡膠制品的成本。丁腈橡膠和聚氯乙烯并用是橡塑并用的先驅，已經有70多年的歷史了，從熱力學相容性分析，丁腈橡膠和聚氯乙烯的溶解度參數接近，因此兩者具有熱力學混溶性。

1 共混膠制備

丁腈橡膠與聚氯乙烯并用有三種方法，即乳液參合、溶液參合、機械參合。本文中所述的都是機械參合,即將丁腈橡膠、聚氯乙烯在開煉機上直接混合。該法簡單方便、設備簡單、并用比例可以任意變化，一般工廠都可以實現生產。

1.1 聚氯乙烯膨潤

聚氯乙烯最大的缺點是熱穩定性差，分解溫度為130℃左右，無法直接在開煉機進行高溫混合，在130℃以上溫度加工時，會發生劇烈的熱降解。聚氯乙烯屬于硬質塑料，與軟質的橡膠黏度相差很大，共混物易形成明顯分散相，無法滿足使用要求，因此必須先將聚氯乙烯先進行膨潤，即在攪拌設備中加入聚氯乙烯、小分子增塑劑進行混合，使小分子增塑劑進入大分子鏈間，減小大分子間相互作用力，混合的同時可以加入熱穩定劑，提高聚氯乙烯的熱穩定性能，提高其熱分解溫度。膨潤充分的聚氯乙烯粉末是一種疏松而有彈性的軟質混合物，很易和軟質橡膠混合。本文實驗使用的膨潤聚氯乙烯組成為：聚氯乙烯（100），增塑劑（50），熱穩定劑（10）。

1.2 塑化

將預膨潤的聚氯乙烯在高溫開煉機上薄通塑化，至均勻透明即可。塑化溫度以150～160℃為宜，時間也應當適當，過長則聚氯乙烯在高溫下易分解，白色透明聚氯乙烯薄膜逐漸變黃；過短則會塑化不完全，出現PVC粒子。

1.3 共混

將塑化好的聚氯乙烯搗至一邊，從另一邊加入丁腈橡膠，包輥后打八把刀混勻，薄通后下片。

2 實驗與討論

2.1 實驗

2.1.1 實驗材料

試驗主要設備：XLP-O 150×320平板硫化機，大連橡塑機械股份有限公司；AGS-X電子拉力機，日本島津；CS101-2電熱鼓風精密試驗箱，重恒達儀器制造廠，LX-A橡膠硬度計，上海市輕工業局；JSC-10手提式測厚儀，江都市精藝實驗機械有限公司。

試驗材料：共混膠，自制；鄰二丁酯，山東宏信集團化工股份有限公司；癸二丁酯，天津通達化工有限公司 ；癸二辛酯，天津通達化工有限公司 ；防老劑，山東尚舜化工有限公司；活性劑，山東尚舜化工有限公司；硫化劑，寶雞市美商貿有限公司；炭黑，江西黑貓炭黑股份有限公司。以上試驗用原材料均為普通市售材料。

2.1.2 試樣制備及檢測

試樣制備按照國家標準：GB/T6038—2006《橡膠試驗膠料——配料、混煉和硫化設備及操作程序》。

檢測按照國家標準進行：GB/T528—2009 硫化橡膠或熱縮性橡膠拉伸應力應變性能》，GB/T531.1—2008《硫化橡膠熱塑性橡膠，壓入硬度試驗方法，第一部分邵氏硬度計算法》；GB/T7759—1996《硫化橡膠、熱塑性橡膠——常溫、高溫和低溫下的永久變形測定》；GB/T1690—2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》。

2.2 分析與討論

2.2.1 不同聚氯乙烯含量對共混膠性能的影響

將丁腈橡膠與不同質量份的聚氯乙烯共混，共混膠的性能如表1所示。從表1數據可以看出，聚氯乙烯對丁腈橡膠起著補強劑的作用，共混膠的強度、定伸、硬度均隨著聚氯乙烯含量的增大而增大，質量份為20以上時，效果明顯；隨著聚氯乙烯含量的增大伸長率變化不明顯，質量份為20～50時基本相差不大，質量份大于40后，有下降趨勢；隨著聚氯乙烯含量的增大低溫性能變差，質量份從0～50脆性溫度從-53℃升高到-27℃，但在質量份為10～40區間內，低溫性能相對穩定，變化較小；隨著聚氯乙烯含量的增大共混膠的耐介質性能減小；隨著聚氯乙烯含量的增大壓縮永久變形性能增大。

丁腈橡膠/聚氯乙烯共混膠隨著聚氯乙烯含量的增大，物理機械性能、耐介質性能得到改善，低溫及壓縮變形性能變差。但丁腈橡膠的特性指標耐油及與之相關聯的低溫脆性性能均在聚氯乙烯質量份為20～40時出現性能變化相對較小的平坦區。丁腈橡膠的脆性溫度從初始的-43℃升高4～8℃，聚氯乙烯并用量再提高至質量份50時，低溫脆性升高16℃，此時的耐油性改善并不明顯。因此，從耐油和低溫性能的平衡來說，丁腈橡膠/聚氯乙烯共混膠以聚氯乙烯質量份為20～40時為宜。

表1 不同聚氯乙烯含量共混膠性能

2.2.2 不同結丙量對共混膠性能的影響

將不同結丙量的丁腈橡膠與質量份為30的聚氯乙烯共混，共混膠的性能如表2所示。

從表2結果可以看出，在其余組分不變的情況下，提高丙烯腈含量，混煉膠的拉伸強度增大，伸長率變小，硬度增大，溶脹變小。這和丁腈橡膠的變化規律是一致的，即在聚氯乙烯含量不變的情況下，丁腈膠/聚氯乙烯共混膠的物理性能、耐介質性能變化趨勢與丁腈膠變化趨勢一致。

表2 不同結晶量對共混膠性能的影響

2.2.3 增塑劑對共混膠性能的影響

將相同結丙量的丁腈橡膠與聚氯乙烯共混，改變增塑劑的種類及用量，測得的共混膠的性能如表3所示。

對比12#、15#的檢測結果，由于15#的增塑劑用量大，拉伸強度低、伸長率大，硬度低，這與增塑劑對橡膠物理機械性的影響規律一致；3種增塑劑的耐溶脹性能稍有差異，這與3種增塑劑與共混膠的相容性及增塑劑本身的空間位阻、分子鏈結構有關，鄰二丁酯的空間位阻大于其他2種增塑劑而難于抽出，癸二辛酯分子鏈最長難于抽出，綜合溶脹平衡，癸二丁酯質量變化相對較小，15#的增塑劑用量相對較大，在實驗條件下抽出量相對較大，造成共混膠質量變化相對較小。

表3 不同增塑劑對共混膠性能的影響

3 結論

（1）丁腈橡膠與聚氯乙烯可以任意比例共混，共混膠性能在聚氯乙烯質量份為20～40時出現性能變化相對較小的平坦區，丁腈橡膠/聚氯乙烯共混膠最佳并用比例為80/20～60/40。

（2）聚氯乙烯配比相同時，丁腈膠/聚氯乙烯共混膠性能隨結丙量變化與丁腈膠隨結合丙烯腈含量性能變化趨勢一致，即隨著共混膠丙烯腈含量增大，混煉膠的拉伸強度增大，伸長率變小，硬度增大，溶脹變小。

（3）共混膠的耐介質性能與增塑劑的空間位阻、分子鏈結構、與共混膠的相容性有關，適當增大增塑劑用量，共混膠溶脹不變，增大小分子抽出量，可以減小共混膠在介質中的質量變化。