哈尔滨工业大学 黑龙江哈尔滨 150001
摘要：随着航空发动机由涡轮结构向涡扇结构发展，对发动机用橡胶材料的各种性能要求随之提高，这使氟橡胶、氟硅橡胶等耐温度又耐油的特种橡胶成了选择目标。在燃油、液压油密封系统中，由于燃油、液压油粘度低，氟橡胶的低温性能较差，低温时易发生渗漏，而氟硅橡胶承压不足，因此耐油且价格又相对低廉的丁腈橡胶得到更大的使用。我们应公司的要求，对不同配比的丁腈橡胶进行了研究，并找出最优性能的胶料配比。为满足航空发动机的发展需求，我们研制了一种具有一定耐油性和良好低温性能的丁腈橡胶胶料。其主要性能为，硬度均为75～85（邵尔A），耐10#号油150℃×24h体积变化率为0～15%，脆性温度≤-42。
一、试验
1.1主要原材料
丁腈橡胶，牌号为：丁腈26，丁腈40，老防RD，老防MB，硫磺，氧化锌，硬脂酸，喷雾炭黑，癸二辛酯，DCP。
1.2试验制备
按配比称取各组分，先在密炼机上密炼，操作顺序为：生胶包辊——炭黑——活性剂、防老剂——少量炭黑——增塑剂——硫化剂。然后用开炼机开练，开炼顺序为：生胶包辊——薄通——出片。
在2RT硫化机上硫化，温度（151±2）℃×40min，压力10～12MPa。
1.3性能测试
硫化胶的各项物理性能均按HG6-878-76技术指标进行测试。
二、结果与讨论
2.1补强剂对胶料性能的影响
2.1.1补强剂对胶料力学性能的影响
对于密封制品需兼顾耐寒耐油性，选用了炭黑作为补强剂，并对不同含量的炭黑对胶料硬度、拉断强度、拉断伸长率、耐10#号油150℃×24h体积变化率、脆性温度进行了分析；图2-1，2-2，2-3分别表示炭黑含量对胶料硬度、拉断伸长率及硬度的影响。如图所示，我们可以知道随着炭黑含量的增加，胶料的硬度随之增加，而拉断伸长率和拉断强度不断下降。这是由于橡胶分子可以看成是柔性链段，炭黑分子与橡胶分子结合形成刚性链段，炭黑与橡胶之间由范德华力和化学键联系在一起，炭黑含量较少时，炭黑与橡胶之间形成的刚性链段较少，随着炭黑含量的增加，炭黑与橡胶之间形成的刚性链段随之增多，刚性链段的作用力大，橡胶分子运动受阻，表现出来高模量，故橡胶的硬度随之增大。
胶料的拉断强度随着炭黑用量的增加减小，这是由于随着炭黑用量的增加，炭黑会使橡胶大分子间的距离加大了，减弱了橡胶分子间的作用力，结合胶的含量会下降，所以拉断强度随之下降。而拉断伸长率随着炭黑含量的增加而减小，主要是由于炭黑在橡胶中形成网状结构增多，使炭黑与橡胶结合作用增强，限制了橡胶大分子链的滑动，故使胶料的拉断伸长率变小。
2.1.2补强剂对胶料耐介质性能的影响
图2-4所示为随炭黑含量变化，在10#号油150℃×24h条件下胶料体积变化率，从图中我们可以看出，随着炭黑含量的增加，胶料的体积变化率呈现降低的趋势。这说明炭黑用量的增加有助于提高丁腈橡胶的耐油性。这可能是因为炭黑这种填料粒子能吸附橡胶分子，在其表面形成结构吸附层，这种结构吸附层能与橡胶链段结合产生有效的准交联，当硫化胶在油中浸泡时，主要是橡胶体积的膨胀，而炭黑粒子既不能被油溶胀也不能被油抽出；随着炭黑粒用量的增加，硫化胶中的大分子体积分数相应减少，使硫化胶的总体溶胀程度变小，体积变化率降低，耐介质性能提高。
2.2硫化剂DCP（过氧化二异丙苯）对胶料性能的影响
2.2.1硫化剂DCP（过氧化二异丙苯）对胶料耐介质性能的影响
图2-5表明随着DCP硫化剂含量的增加，丁腈橡胶在油中的体积变化率趋于降低，当DCP用量超过8份时，继续增加DCP的用量，硫化胶在油中的体积变化率减少的幅度变小。这是因为在配方及硫化工艺条件不变的情况下增加了DCP的用量，将会提高硫化胶的交联密度，而交联密度的增加可以减少硫化胶在油中的溶胀，当DCP的用量超过8份时，硫化胶的交联密度已经很大，继续增加其用量，交联密度的增大将会变得非常缓慢。
2.2.2硫化剂DCP（过氧化二异丙苯）对胶料力学性能的影响
图2-6、2-7、2-8所示，DCP含量的变化对胶料的硬度影响不大。随着DCP含量的增加胶料的拉断强度增大，胶料的拉断伸长率下降。
过氧化物反应机理可以简单的解释为：1、过氧化物在热能的作用下均裂解成2个烷氧基自由基；2、烷氧基自由基从聚合物链上夺取氢原子形成大分子自由基；3、相邻2个大分子自由基偶合形成碳-碳交联键。在该过程中，过氧化物中的过氧键产生均裂分解成活性自由基，一旦活性自由基形成，其余反应可在很短时间内完成，所以过氧化物的分解速度和用量决定着橡胶的硫化速度。随着DCP含量的增加胶料的拉断强度增大，这是由于适度的交联可使交联网络结构完善，分子链交联受力均匀，因此拉伸强度可以提高。随着DCP含量增多，胶料的拉断伸长率下降，这是由于随着DCP含量增加，交联程度过大，交联点间的相对分子质量减小，不利于链段的热运动和应力传递，造成胶料的拉断伸长率下降。
2.3增塑剂DOS（癸二辛酯）对胶料性能的影响
2.3.1增塑剂DOS（癸二辛酯）对胶料力学性能的影响
加入DOS对胶料的硬度、拉断强度、拉断伸长率这些力学性能并没有太大的影响，都在合格范围内。
2.3.2增塑剂DOS（癸二辛酯）对胶料耐介质性能的影响
随着DOS的增加，胶料的体积变化率下降。这说明增塑剂的加入能够提高丁腈橡胶的耐介质性能。这可能是因为增塑剂的加入只是增加了分子链之间的距离，减少了分子间的作用力，而增塑剂本身并没有参与硫化交联反应，所以当硫化胶在热油中浸泡时，增塑剂很容易被油抽出，使硫化胶的体积变小；另一方面油液将橡胶表层开始浸入，逐渐浸透到橡胶中，使橡胶试样整体溶胀。随着增塑剂用量的增加，被油抽出的增塑剂也增加，导致硫化胶收缩的部分变大，试样在油中的总体积变化减小，耐油性能提高。
以上是不同填料含量对胶料性能影响分析，希望对今后的工作有所帮助。
论文作者:孙雪丹
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第13期
论文发表时间:2019/6/11
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