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丁腈橡膠(NBR)膠料設計及混煉工藝(附配方)

特性:1、ACN↑耐油性好,非極性或弱極性礦物油,植物油,液體燃料和有較高的穩定性.2、耐熱性優於NR SBR CR 可在120℃下長期使用.3、屬半導體材半料.4、 耐油

特性:

1、ACN↑耐油性好,非極性或弱極性礦物油,植物油,液體燃料和有較高的穩定性.

2、耐熱性優於NR SBR CR 可在120℃下長期使用.

3、屬半導體材半料.

4、 耐油與壓縮永久變形平衡,耐油性與電性能平衡.

5、丙烯晴含量對NBR分類:

ACN% :43%以上 極高ACN%NBR

36-42%以上 高

31-35% 中高

25-30 中

24%以下 低

總結:

ACN%越高,耐油性愈好耐熱性改善,但TG差,ACN%越低,低溫性好,但耐油偏差.且ML會升高,壓縮永久變形好.一般ACN%在29%可過F17.過F19 須用1965或DN401生膠.

二、共聚物組成(ACN含量)對NBR的影響.

三、硫化體系

一般NBR配方采用半有效硫化體系,例如:TT/CZ 1.5/1.5PHR,這種硫化體系,具有耐熱性較好的效果,SUL/TS壓縮歪和焦燒最優.SUL/DM(CZ)拉伸強度好,用載硫劑可獲得優良的壓縮永久變形, 鎘鎂硫化耐熱150℃,過氧化物也可耐150℃高溫.且壓縮永久變形最小,但撕裂差,活性用ZNO-A/ST-ACD 5/1使用,耐水配方用Pb3O4,這時可不用ZNO-A,但焦燒時間短.

四、防護體系:

6C 耐屈撓龜裂.

OD 耐熱性好,

RD 耐熱性最優

MB/ZMTI 耐熱性優

NBC 抗臭氧效果好

SUNGUARD 龜裂防護蠟,抗臭氧性佳.

AW 抗臭氧性很佳

總結:

污染性比非污染性防護效果強,耐油配方,可選用難抽出防老劑.或適當提高用量

五、補強填充體系:

1、N550是快壓出爐黑,一般2PHR提高一度,N774是半補強爐黑,一般3PHR 提高一度,N990是中粒子熱裂法炭黑,一般是4PHR提高一度,

壓縮永久變形:N990》N550》N774

2、一般配方裡:N774 40PHR /N990 30PHR 油30PHR 其硬度在50度左右。

N550 40PHR /N7440 40PHR 油為15PHR 其硬度在70度左右,

N550 80PHR /N990 40 PHR 油為10PHR 其硬度在80度左右。

其中:在配合劑中其餘份量不變的情況下,其抗張是N550》N774》N990。

3、白色填料,白煙補強效果最好, CACO3具有一定的補強效果:補強效果好,但白色填料會吸附促進劑而延遲硫化,必須加入三乙醇胺,一般PEG4000S 2PHR即可,白色填料白煙增加,膠料硬度變硬。ML升高,給加工帶來困難。

六、加工助劑

一般用的酯類如:DOP DOS DOA,TP-95,TP-90耐寒性好,其順序如下,好DOS》DOA》DOP差,要求非抽性,用高分子增塑劑:如聚酯類和非幹性醇酸樹脂等。

丁腈橡膠采用有效硫化體系能提.高硫化膠耐熱老化性能,降低壓縮變形性。如硫黃0.5份,TMTD;1.0份,CZ1.0份,具有良好的耐熱老化性和低壓縮變形。能用於天然橡膠的促進劑都可用於丁腈橡膠。

丁腈橡膠常用的過氧化物硫化劑有過氧化二異內苯(DCP)、過氧化鉛等。過氧化二異丙苯的用量一般為1.5~2.0份,高丙烯腈含量的丁睛橡膠中最宜用量為1.25份,特殊情況可用5份。使用過氧化物硫化劑的丁腈橡膠其特點是壓縮永久變形小、耐熱老化及耐寒性性能好、不易噴霜,其中耐熱、耐寒性及壓縮變形都優於低硫體系的配方,但由於成本較高,硫化時間較長,當前應用還不太廣泛。但熱撕裂強度(起模時)不好,加入少量硫黃可改進撕裂性能。采用DCP硫化時,常配用交聯助劑來提高交聯程度,如使用氰尿酸三烯丙脂等,用量1~5份。采用過氧化鉛硫化,低溫性能好,拉伸強度大,但壓縮變形大,易焦燒。采用過氧化鉛硫化可不用氧化鋅,但用1.0份硬脂酸有助於配合劑分散。過氧化鉛用量一般為5.0份。

采用樹脂作硫化劑的硫化膠具有極好的耐熱性,但硫化速度慢,需采用高溫長時間硫化。常用的樹脂為烷基酚醛樹脂。如在丁腈橡膠中加入40份烷基酚醛樹脂,在155℃下硫化2h,可獲得性能良好的硫化膠。為提高樹脂硫化的交聯程度,可配用多元胺、多元醇或多異氰酸酯等,用量為1~5份。為提高樹脂硫化的反應速度,可配用金屬鹵化物,如氯化亞錫(SnCl2)、三氯化鐵(FeC13)等,用量為0.5~2.0份;

此外,還有采用對苯醌二肟和多價命屬氧化物作硫化劑的,但僅限於少數特殊用途。

補強填充體系

丁腈橡膠在伸張狀態下結晶能力很差,因此缺乏自身的補強作用,在丁腈橡膠的配方中,必須使用補強劑,其品種與丁腈橡膠硫化膠性能要求有密切關系。對於普通耐油制品,首先要求具有良好的耐油、耐老化性能、低壓縮變形和必要的物理機械性能,因而在炭黑使用上,多選用半補強或者與其它炭黑並用。但要求高強伸性能和高耐磨性時,必須選用高補強性的炭黑,如中超耐磨、高耐磨炭黑等。

粗粒子的軟質炭黑有利於提高膠料的回彈率,大量填充劑也不致於影響主要物性。炭黑用量,半補強爐黑可達60~100份,而槽法炭黑為50份,高耐磨爐黑為50~60份。丁腈橡膠用白色補強劑以白炭黑效果最好,也可以加入熱固性酚醛樹脂、聚氯乙烯樹脂為補強劑,有良好的耐熱性、強度、耐油性也改善,其他如硬質陶土、活性氧化鎂、活性碳酸鈣也有一定程度的補強作用。陶土由於彈性差、永久變形大,並且有遲緩硫化作用,應盡量少用。碳酸鈣用於增容目的可大量填充,有利於降低成本。當與活性補強劑並用時可同時達到改善加工性能和提高物理機械性能的作用。

軟化增塑體系

由於大多數品種的丁腈橡膠黏度較高,比較堅韌,一般需使用軟化增塑劑以改善其各項工藝性能。丁腈橡膠常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、磷酸三甲苯酯等,除對膠料有一定塑化作用外,對丁腈軟質膠的彈性和耐磨性也有顯著改善。如古馬隆樹脂對改善貂著性也有很大的作用。液體丁腈橡膠作增塑劑可防止抽出。癸二酸二辛酯、己二酸二辛酯耐寒性優越。一般產品增塑劑用量在10~30份,古馬隆樹脂10份,一般情況一下增塑劑對強伸性能都有影響,一定要根據具體情況控制用量,以取得適當的綜合性能。

在壓出制品中,常使用5~20份油膏,這樣可使膠料收縮小,表面光滑,但會降低物理機械性能和耐熱、耐老化性。

防護體系

丁腈橡膠抗老化作用優於其他一些二烯類橡膠,但在臭氧作用下,很不穩定。為提高產品的使用壽命,在配方中還須依據產品性能和使用條件,加各種防老劑,可采用單用或並用。用量0.5~5份,過多會出現噴霜現象。有時采用與物理防老劑如蠟類物質並用,可獲得良好的防護效果,對於白色或淺色制品應註意選擇非污染性防老劑.

熱氧化防老劑有防老劑D、RD、BL,用量1.5~2份;臭氧防老劑有4010.4010NA,並與1~2份石蠟並用;疲勞老化防老劑有防老劑H或4010等,用量1~2份;白色制品用非污染性防老劑,如2246或MB、264等。

丁腈橡膠參考配方

配方1

成分 投料比
丁腈橡膠(34E50) 100
氧化鋅 4.5-5.5
硬脂酸 0-1
防老劑445 3.5-4.5
白炭黑(233) 9-11
白炭黑(EP) 0.5-1.5
氧化鎂 9-11
加工助劑(TE-80) 0.5-1.5
增塑劑醚硫醚 9-11
促進劑CZ 2-2.5
促進劑HVA-2 0.5-1
混合秋蘭姆促進劑 2-3
硫磺 0-0.5

配方2

成分 投料比
丁腈橡膠(2707) 100
氧化鋅 4.5-5.5
硬脂酸 0.5-1.5
防老劑MB 1.5-2
炭黑N330 9-11
噴霧炭黑 30
葵二酸二辛脂 14-16
促進劑DM 0.5-1.5
促進劑TMTD 1.5-1.5
DCP 2-2.5
硫磺 0-0.5

丁腈橡膠的加工性能在很大程度上取決於炳烯腈含量,炳烯腈結構使分子間作用加強,分子鏈柔順性降低,使大分子容易產生網狀結構和支鏈,這些結構特性對混煉不利.

丁腈橡膠的特點是混煉能耗很高,配合劑在膠料中分散困難,這可能是與其黏度較高有關.

丁腈橡膠黏度比一般橡膠高出一倍,丁腈橡膠-26和丁腈橡膠-40門尼粘度為90~120.橡膠加工能耗一般與生膠的黏度成正比.,丁腈橡膠混煉生熱較大,與異.橡膠與丁苯橡膠不同,該種橡膠在溫度和高機械應力作用下,往往產生結構化作用,因此在升溫和延長加工時間的條件下,會導致黏度增大,加入高活性和高結構碳黑,如快壓出爐黑,高耐磨爐黑和中超耐磨爐黑時,橡膠年度增高更多,並形成硬凝膠,導致加工困難.

在低速下混煉,膠料生熱較低,所以應采用轉速為10~20r/min的密煉機或開煉機進行混煉,且宜用小輥距,低速比和分批加料等工藝條件和操作方法,丁腈橡膠特有的降低膠料溫度的工藝措施是在密煉機中同時加入軟化劑和碳黑,它可減慢結構化過程,並延長焦燒時間一倍但配合劑分散度稍有降低,當碳黑用量高於80份時,應分3次加入,可降低結構化程度,並改善膠料性能.

硫磺在丁腈橡膠中分散困難,應在初期加入,以在密煉機中,而不是在開煉機上加入為宜,這樣分散度可提高10%左右,促進劑最後加入.

煉膠機規格,mm 容量,kg
360Χ900450Χ1200560Χ1530 14~1618~2228~33

在丁腈橡膠中加入短效增塑劑丙浠酸脂低聚物是丁腈橡膠的又一特有配方-工藝措施.它能降低膠料黏度,降低生熱和混煉能耗,丙浠酸脂用量小於5-8%不會降低硫化膠強度,在硫化過程中,

當有遊離基反應引發劑存在時低聚物與橡膠分子產生接枝,起到一定的補強作用.,

1開煉

丁腈膠開煉時具有以下特點:

<1>生膠不易包輥,包輥後加瞭粉料,又會第二次脫輥

<2>由於生膠內聚力大,粉料不易混入.

<3>混料時間長,比天然橡膠長1倍左右.

<4>發熱量大,膠溫容易升高

根據這些特點,丁腈橡膠混煉時應保持40∽45的輥溫.裝膠容量應為普通合成膠的70~80%.

輥距以3~4mm為宜,粉料加入應該分批加入,在加料順序上一般要先硫磺,氧化鋅,固體軟化劑和增塑劑,待膠料開始軟化後,再加入防老劑,活性劑等.碳黑和液體軟化劑最好分批加入,以免粘輥,最後加促進劑,為瞭避免焦燒,應在加完粉料後稍加翻勻即取下冷卻,然後再薄通翻煉.

2密煉

采用密煉機混煉丁腈橡膠膠料,可提高生產效率,改善操作條件,混煉膠質量良好,丁腈橡膠的密煉必須嚴格控制溫度,充分保持冷卻,使排膠溫度不超過130℃加料順序如下:

丁腈橡膠的加料順序

操作順序 累計時間min 操作順序 累計時間min 操作順序 累計時間min
1. 丁腈塑煉膠2. 硫磺3. 氧化鋅及硬脂酸 0 1 3 4 碳黑1/25.1/3增塑劑6.1/2碳黑 6 8 10 7.1/3增塑劑8.1/3增塑劑9.排膠 11 13 15

對於高填充膠料來說,填充劑可分幾次投入,采用引料法可縮短混煉時間.

對於簡化操作,也可以采用如下投料順序,減少投料次數.

密煉膠料停放8小時後在開煉機上加入硫化劑DCP促進劑DM和D

用密煉機混煉時,密煉室起始溫度應在80℃左右,運轉時膠料溫度應不低於100℃排膠溫度在130℃以下,填充系數以0.8為宜,如果溫度過低,容量過小,易出現壓散現象,生膠應預先塑煉,門泥黏度應在75以下,以利於配合劑分散和減少能耗,硬脂酸在密煉中加入有利於配合劑,特別是碳黑等的濕潤和分散.再次投料工藝簡易可行.

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