MPU/NBR與MPU/EPDM共硫化匹配性的比較

杜偉，鄧濤

(青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

在20世紀40年代，混煉型聚氨酯(MPU)出現，但是后來MPU的發展始終受技術問題的限制，直至近些年，國內市場中出現了一批高性能混煉型聚氨酯。所以，展開對MPU共混的研究，也迎合了國內市場發展需求。

本文以MPU分別與NBR和EPDM的共混硫化膠為出發點，分別總結各自并用比變化對性能影響的規律，將二者進行對比，證明了MPU/EPDM的硫化匹配程度明顯好于MPU/NBR，也說明了MPU在與不同膠種共混時存在共硫化的差異性。

1 實驗部分

1.1 原材料

MPU:牌號SUNTHANE?E6008，聚醚型高性能混煉型聚氨酯橡膠，廣州順力聚氨酯科技有限公司提供；NBR：牌號2870，丙烯腈含量28.0%，朗盛化學有限公司提供；EPDM：牌號4640，第三單體ENB含量5%，杜邦公司提供；炭黑N330,天津卡博特公司提供；其他配合劑均為常用工業品。

1.2 實驗配方

表1為MPU/NBR共混膠不同并用比的實驗配方及實驗編號，表2為MPU/EPDM共混膠不同并用比的實驗配方及實驗編號。

表1 MPU/NBR實驗配方

表2 MPU/EPDM實驗配方

1.3 試樣制備

膠料用常規方法在開煉機上混煉。具體操作方法如下：將開煉機的輥距調到1 mm，將需要共混的兩種橡膠分別加入，薄通5次，然后共混，待用。然后把輥距調到2 mm，將混煉后的生膠放入開煉機中，待包輥后，依次加入配合劑、分批加入炭黑等，最后加入硫化劑，混煉約15 min，均勻后薄通打三角包5次，然后下片，停放后在平板硫化機上硫化。

1.4 分析與測試

硫化性能：按GB/T 16584—1996測試。MPU/NBR 的硫化條件為 150 ℃ /10 MPa×t90，MPU/EPD M 的硫化條件為160 ℃ /10 MPa×t90。

力學性能：拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2008進行測試。

耐介質老化：熱氧老化條件為100 ℃×72 h。

動態力學性能：采用美國Alpha科技公司生產的RPA2000型橡膠加工分析儀，溫度掃描：頻率1.7Hz，轉動角度0.5°。

2 結果與討論

2.1 不同并用比MPU/NBR及MPU/EPDM共混膠硫化特性分析

由圖1可知，1#MPU和6#NBR的硫化特性相差較大，NBR相較于MPU硫化速度更快，且轉矩值MH更高。從1#到2#轉矩值MH的大幅下降說明橡膠整體硫化程度降低，這是由于20份NBR相的加入使得80份MPU相的硫化受到嚴重抑制。并且熱硫化期斜率更接近于NBR，這也說明共混膠內部NBR相硫化占據主導。2#～5#的MPU/NBR共混膠硫化速度均接近于NBR，并且隨著低硫化程度MPU相的減少，硫化轉矩值MH越來越高。

圖1 不同MPU/NBR共混比的硫化曲線

由圖2可知，7#MPU和12#EPDM硫化特性相近，均隨著硫化時間的增加，轉矩越來越高。7#～12#MPU/EPDM共混膠隨著EPDM份數的增加，轉矩值MH逐漸變大。這與MPU和NBR的共混結果明顯不同。造成這種差異的原因是——共混兩相硫化特性的差異。

2.2 共混膠拉斷強度變化趨勢的比較

由表3可知，1#-6#隨著NBR分數的增加，拉斷強度逐漸下降。但是從1#（MPU）到2#（MPU/NBR=80/20）的強度從33.42MPa降至22.36MPa，20份NBR的加入使性能折損率達到33%，這與圖1硫化特性的2#轉矩值MH突降現象一致，均為受整體硫化程度下降的影響。

圖2 不同MPU/EPDM共混比的硫化曲線

表3 拉斷強度隨共混比的變化

7#～12#隨著EPDM份數的增加，拉斷強度呈緩慢均勻下降的趨勢，這說明各相的硫化受另一相影響小，這與圖2二者硫化特性相近結果一致。

2.3 兩種共混膠應力-應變關系曲線的比較

由圖3可知，1#～6#應力-應變關系曲線中斜率分散，且出現先下降（1#到2#）又升高（2#到6#）的規律。與之形成對比的是圖4中各曲線斜率相近，并未出現明顯分散。斜率的變化可以直觀地反應橡膠整體的交聯程度，這說明MPU與NBR的共混對橡膠整體交聯程度影響較大，而MPU與EPDM的共混影響較小。

2.4 兩種共混膠熱氧老化性能的比較分析

如圖5，MPU/NBR共混膠在100 ℃×72 h的熱氧老化后均出現性能回升現象，這說明由于共混膠在硫化完成后整體交聯程度低，在老化過程中發生二次硫化，交聯網絡進一步完善，使得拉斷強度上升，性能出現回彈。而在圖6中，熱氧老化前后MPU/EPDM的拉斷強度

基本變化不大，首先說明MPU與EPDM均為耐熱氧老化優異的膠種，其次說明共混膠在熱氧老化之前已經獲得了相對完善的交聯網絡，硫化效果良好。

2.5 兩種共混膠動態力學性能的比較分析

圖3 MPU/NBR共混比對應力-應變關系曲線的影響

圖4 MPU/EPDM共混比對應力-應變關系曲線的影響

圖5 熱氧老化前后MPU/NBR共混膠的拉斷強度

在動態力學性能中，滯后角反應了橡膠在動態形變過程中的不可逆形變，所以滯后角的高低可以一定程度上反應橡膠的交聯程度，滯后角越小，則交聯程度越大。在圖7中，

圖6 熱氧老化前后MPU/EPDM共混膠的拉斷強度

圖7 不同MPU/NBR共混比下滯后角隨溫度的變化

MPU/NBR共混時，由于20份NBR的加入出現了1#到2#滯后角突增的現象，且增幅較大（見圖中箭頭），這也說明了橡膠整體交聯程度下降。而后2～6#隨著NBR份數的增加滯后角又逐漸下降，橡膠整體交聯程度逐漸變大。

如圖8所示，MPU/EPDM的共混中，80/20配比的滯后角突增現象基本沒有，呈現出規律的均勻下降趨勢，隨著并用比的變化，共混膠從MPU向EPDM逐漸過渡。這也說明EPDM相的加入基本沒有影響MPU相的硫化。

3 結論

（1）通過五個方面（分別是硫化特性曲線、拉斷強度變化趨勢、應力-應變關系曲線、熱氧老化性能變化以及動態生熱。）證明了MPU在與NBR和EPDM分別共混時會呈現不同的變化規律。

圖8 不同MPU/EPDM共混比下滯后角隨溫度的變化

（2）MPU與NBR硫化特性相差較大，20份NBR的加入會嚴重影響80份MPU的硫化，使得整體交聯程度出現下降。MPU與EPDM硫化特性相近，無論何種配比，兩相硫化的相互影響較小，整體性能優異。