不同發泡溫度對NBR及NBR/PVC發泡性能的影響

盧義松，李長皓

(南京金浦英薩合成橡膠有限公司，江蘇 南京 210047)

丁腈橡膠(NBR)是丙烯腈和丁二烯經過乳液聚合而制得的一種不飽和的橡膠[1]，分子結構中的腈基賦予了丁腈橡膠極佳的耐油性。聚氯乙烯(PVC)分子結構中含有極性基團氯基，其溶解度參數和內聚能密度與NBR相近，因此這兩種材料能夠以任意比共混。市面上橡膠發泡制品很多，但是也具有挺行大等缺點，而塑料(PVC)的加入使得制品具有較好的彈性、密度低等優良特點，因而廣泛應用[2~5]。本文以此為背景，研究了不同發泡溫度對NBR及NBR/PVC發泡性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

NBR:牌號Emucril 3380，南京金浦英薩合成橡膠有限公司；硬脂酸：上海倍特化工有限公司；氧化鋅：上海緣江化工有限公司；促進劑:上海嘉誠實業有限公司；硫磺：佛山峰正科技有限公司；炭黑：黑貓炭黑股份有限公司；PVC：西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司；發泡劑AC:東莞海麗控股集團有限公司；其它試劑均為市場常見商品。

1.2 主要儀器和設備

本文實驗用設備及儀器見表1。

表1 實驗設備及儀器

1.3 NBR以及NBR/PVC發泡配方

NBR的發泡配方見表2。

表2 NBR發泡膠料配方 單位：份

NBR/PVC的發泡配方見表3。

表3 NBR/PVC發泡膠料配方 單位：份

1.4 NBR以及NBR/PVC發泡膠料的制備

NBR發泡膠的制備：調整密煉機的溫度為25 ℃、轉速為30 r/min，按照橡膠-小料（除促進劑）-填料-促進劑的順序加入密煉機，注意密煉機溫度不能超過80 ℃，8 min后排膠。調整開煉機輥溫為50 ℃，輥距為2 mm，使得橡膠包輥，來回割刀5次，打包7次后調整開煉機輥距為5mm，下片遮光隔氧室溫停放24 h備用。

NBR/PVC發泡膠的制備：NBR/PVC發泡膠的制備分為兩段。第一段：調整密煉機的溫度為140 ℃，轉速為60 r/min，先將表3一段中的粉料放入密煉機，后加入增塑劑，然后加入橡膠，混煉1 min，將密煉機轉速調至100 r/min，混煉4 min，然后將密煉機的轉速調整為140 r/min，混煉3 min，下料，溫度超過170 ℃時應將轉速調低。

調整密煉機溫度為30 ℃，將膠料放入密煉機開始第二段混煉，分2次加入表中所有物料，調整密煉機轉速為40 r/min，混煉3 min后下料，溫度超過80℃應將轉速調低。

調整開煉機輥距為2 mm，使膠料包輥，打包9次后調整輥距下片待用。

發泡膠測試試樣的制備：自由發泡試樣制備：將橡膠裁成4 cm×4 cm厚度為2 mm的試樣，放入烘箱中自由發泡，發泡結束后，停放24 h測試。模壓發泡試樣的制備：取一定量的發泡膠放入模具硫化，制得試樣后，停放24 h測試。

1.5 實驗與測試

硫化性能：按GB/T 16584—1996測試，使用無轉子流變儀測定硫化曲線，溫度設定為 160 ℃。各符號表示為：MH—最高扭矩值，ML—最低扭矩值，T10—焦燒時間，T90—工藝正硫化時間

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，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫。

邵A硬度測試：室溫下用硬度測試儀進行測試，參照國標GB 531-92。

發泡倍率測試：（發泡后的尺寸-發泡前的尺寸）÷發泡前的尺寸×100%。

2 結果與討論

2.1 不同硫化溫度對NBR發泡膠硫化曲線的影響

將上文中制的橡膠進行橡膠硫化測試，硫化溫度為160 ℃、165 ℃、170 ℃、175 ℃、180 ℃；硫化時間為30 min。

圖1 為160 ℃下NBR的發泡壓力-扭矩曲線，圖中細線為發泡膠的發泡壓力曲線，從圖中可以看出，發泡壓力曲線經過短暫的誘導期，在極短的時間內就分解完成，這說明該種發泡劑具有突發性，發泡完成后，發泡壓力不再發生較大變化。圖1中粗線為發泡膠的硫化曲線也即扭矩曲線，從圖中可以看出，經過誘導期后，橡膠開始交聯，扭矩逐漸升高，但與非發泡橡膠不同的是，在正硫化階段400 s左右的時候，發泡扭矩曲線有明顯的下降，這是因為發泡劑急速發泡[6]造成的。

圖1 160 ℃下NBR的發泡壓力-扭矩曲線

為了便于研究，圖2為不同溫度下NBR發泡膠料的扭矩曲線，從圖中可以看出，隨著溫度的增加，發泡膠料的焦燒時間越來越短，最大扭矩值越來約小，這是因為溫度升高促進了縮短了硫磺反應的激發過程，同時溫度越高橡膠模量越低導致的。

圖2 不同溫度下NBR發泡膠扭矩曲線

本實驗使用發泡劑的分解溫度大約在200 ℃，但因為氧化鋅的加入，大大降低了發泡劑的分解溫度，圖3為不同溫度下，發泡膠料在發泡硫化儀中的發泡壓力曲線，從圖中可以看出，隨著溫度的上升，發泡劑的發泡速度和分解速度都加快，當溫度超過170 ℃時，發泡劑的發泡速率增加不明顯；同過對比橡膠的扭矩曲線，可以明顯的看出發泡劑的發泡具有突發性；無論溫度如何，發泡結束后發泡壓力都近似相同，這是因為發泡劑的量是一定的，它們分解釋放出的發泡的氣體量是相同的。

圖3 不同溫度下NBR發泡膠發泡壓力曲線

2.2 不同硫化溫度對NBR/PVC發泡膠硫化曲線的影響

由于NBR中存在雙鍵，實際使用過程中還會加入PVC，PVC和NBR的相容性極佳，PVC的加入不僅可以降低制品的成本，同時還可以增加制品的阻燃性能和耐候性，同時加入的大量PVC增塑劑可以降低制品的硬度，同時能夠增加發泡混煉膠的可塑性。

圖4 為按照1.3制備方法制備出的NBR/PVC發泡混煉膠在發泡硫化儀中的發泡壓力-扭矩硫化曲線，從圖可以看出，NBR/PVC發泡壓力曲線和NBR發泡壓力曲線相似，說明PVC的加入不會影響發泡劑的發泡效果。

從圖4中可以看出NBR/PVC發泡混煉橡膠的扭矩曲線與NBR發泡橡膠扭矩曲線有很大的區別，NBR/PVC發泡混煉膠在發泡劑分解完成后，發泡扭矩曲線并沒有跟NBR發泡混煉膠一樣繼續上升，其扭矩經過下降后不再變化。原因分析見下文。

圖4 160 ℃下NBR/PVC的發泡壓力-扭矩曲線

圖5 為不同溫度下NBR/PVC發泡膠扭矩曲線，從圖中可以看出，溫度越高NBR/PVC發泡膠料扭矩值越高，這是因為溫度的上升導致膠料分子鏈活動能力增加。圖6為不同溫度下NBR/PVC發泡膠發泡壓力曲線，該曲線與圖3曲線類似，此處不再綴述。

圖5 不同溫度下NBR/PVC發泡膠扭矩曲線

圖6 不同溫度下NBR/PVC發泡膠發泡壓力曲線

圖7 為160 ℃下NBR及NBR/PVC發泡膠發泡扭矩曲線，從圖中可以看出，NBR發泡膠除了在發泡劑突發的區域，扭矩曲線跟未加發泡劑的硫化曲線形狀相同，而NBR/PVC發泡膠的扭矩曲線在發泡突發區后，扭矩并沒有太大變化。分析認為，PVC是一種高溫下不能交聯的塑料，在加入增塑劑的情況下，160 ℃下已經熔融軟化，同時PVC的加入量很大，跟NBR的比為1:1，因此同TPV一樣，160 ℃下大量的PVC和增塑劑起到海相的作用，從而使得橡膠分子鏈之間“打滑”，因此扭矩值變化很小。

圖7 160 ℃下NBR及NBR/PVC發泡膠發泡扭矩曲線

2.3 不同硫化溫度對NBR及NBR/PVC力學性能的影響

將試樣按照上述溫度，硫化時間為橡膠的正硫化時間+2min，制得的試樣利用拉力機拉伸，從而得出表4的力學性能。

表4 不同溫度下NBR發泡膠的力學強度

從表中可以看出，隨著硫化溫度的上升，NBR發泡膠的扯斷強度先增加后降低，但總體的強度不高，只有2.2 MPa左右，斷裂伸長率也呈現先增加后降低的規律，說明最佳的硫化溫度為170 ℃。

由于NBR/PVC中PVC不參與硫化同時難以看出NBR/PVC發泡膠料的正硫化時間，因此選用與NBR發泡膠相同的條件進行硫化，得出力學性能見表5。

表5 不同溫度下NBR/PVC發泡膠的力學強度

從表5中可以看出，隨著硫化溫度的上升，NBR/PVC發泡膠的扯斷強度先增加后降低，但總體的扯斷強度和斷裂伸長率比NBR發泡膠大，這是因為PVC加入的原因導致的，斷裂伸長率也呈現先增加后降低的規律，最佳的硫化溫度為165 ℃。

表6 為170 ℃下NBR 及NBR/PVC發泡膠按照自由發泡方法計算出的的發泡倍率和密度，從表中可以看出，NBR/PVC發泡硫化膠的發泡倍率超過100%，密度只有432 kg/m3，說明PVC的加入可以有效的提高發泡倍率、降低發泡膠的密度。同時由于增塑劑的加入，使得NBR/PVC的門尼黏度只有65，完全符合實際生產過程中的擠出和加工。

表6 170 ℃下NBR 及NBR/PVC發泡膠的發泡倍率和密度

3 結論

（1）隨著溫度的增加，發泡膠料的焦燒時間越來越短，最大扭矩值越來約小。

（2）NBR/PVC發泡膠的扭矩曲線在發泡突發區后，扭矩并沒有太大變化。

（3）隨著硫化溫度的上升，NBR發泡膠的扯斷強度先增加后降低，斷裂伸長率也呈現先增加后降低的規律。

（4）PVC的加入有效的提高了發泡倍率、降低了門尼黏度和發泡密度。