高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 565.doi: 10.7503/cjcu20190459
武营飞,李洪昱,蔡磊,贺爱华
收稿日期:
2019-08-19
出版日期:
2020-02-26
发布日期:
2020-02-07
通讯作者:
贺爱华
作者简介:
贺爱华, 女, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事定向聚合制备橡塑新材料的基础与应用研究. E-mail: aihuahe@iccas.ac.cn
基金资助:
WU Yingfei,LI Hongyu,CAI Lei,HE Aihua
Received:
2019-08-19
Online:
2020-02-26
Published:
2020-02-07
Contact:
Aihua HE
Supported by:
摘要:
采用高反式-1,4-丁二烯-异戊二烯共聚橡胶(TBIR)对丁腈橡胶(NBR)进行改性, 制备了高耐磨、 低生热输送轮用白炭黑填充的NBR/TBIR橡胶纳米复合材料. 研究了NBR/TBIR橡胶纳米复合材料的交联密度、 物理力学性能及填料分散性, 探讨了材料的结构对性能的影响. 研究结果表明, 与纯NBR相比, NBR/TBIR橡胶纳米复合材料的硫化速率和交联密度随TBIR用量的增加而增大; 在保持NBR硫化胶基本力学性能、 耐老化性能和耐溶剂性能基本不变的前提下, TBIR的加入使NBR/TBIR硫化胶的耐磨性提高15%, 动态压缩生热降低5%, 动态压缩永久变形降低22%, 白炭黑分散水平提高; 与丁腈橡胶/顺丁橡胶[NBR/BR(80/20), 质量份数比]硫化胶相比, NBR/TBIR(80/20, 质量份数比)硫化胶具有更低的动态压缩生热和动态压缩永久变形及更好的填料分散性.
中图分类号:
TrendMD:
武营飞,李洪昱,蔡磊,贺爱华. 高耐磨低生热NBR/TBIR复合材料的结构与性能. 高等学校化学学报, 2020, 41(3): 565.
WU Yingfei,LI Hongyu,CAI Lei,HE Aihua. Structure and Properties of NBR/TBIR Composites with High Abrasion Resistance and Low Heat Built-up . Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(3): 565.
Fig.1 DSC curves of TBIR, NBR, NBR/TBIR and NBR/BR compounds(A) and vulcanizates(B) m(NBR)/m(TBIR)/m(BR): a. 0/100/0; b. 100/0/0; c. 95/5/0; d. 90/10/0; e. 85/15/0; f. 80/20/0; g. 80/0/20.
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
ML/(dN·m) | 1.50 | 1.72 | 1.97 | 2.29 | 2.47 | 2.54 |
MH/(dN·m) | 15.81 | 16.17 | 17.70 | 18.52 | 19.96 | 20.88 |
(MH-ML)/(dN·m) | 14.31 | 14.45 | 15.73 | 16.23 | 17.49 | 18.34 |
t10/min | 2.40 | 2.09 | 1.72 | 1.39 | 1.21 | 1.18 |
t90/min | 42.58 | 42.26 | 41.35 | 41.41 | 38.83 | 38.57 |
104 Crosslink density/(mol·cm-3) | 1.601 | 1.714 | 1.802 | 1.837 | 1.878 | 1.692 |
Tensile strength/MPa | 27.94 | 23.23 | 24.58 | 22.34 | 20.74 | 20.76 |
Modulus at 100%/MPa | 1.96 | 1.96 | 1.98 | 2.07 | 2.03 | 2.43 |
Modulus at 300%/MPa | 6.86 | 6.08 | 6.86 | 6.71 | 6.24 | 8.71 |
Elongation at break(%) | 735 | 747 | 769 | 651 | 651 | 576 |
Tear strength/(kN·m-1) | 45.09 | 44.52 | 41.41 | 40.02 | 38.41 | 38.10 |
Shore A hardness/(°) | 64.5 | 62.7 | 63.8 | 64.6 | 66.0 | 67.2 |
Rebound(%) | 22.8 | 23.7 | 24.3 | 25.3 | 26.4 | 28.1 |
Table 1 Physical and mechanical properties of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
ML/(dN·m) | 1.50 | 1.72 | 1.97 | 2.29 | 2.47 | 2.54 |
MH/(dN·m) | 15.81 | 16.17 | 17.70 | 18.52 | 19.96 | 20.88 |
(MH-ML)/(dN·m) | 14.31 | 14.45 | 15.73 | 16.23 | 17.49 | 18.34 |
t10/min | 2.40 | 2.09 | 1.72 | 1.39 | 1.21 | 1.18 |
t90/min | 42.58 | 42.26 | 41.35 | 41.41 | 38.83 | 38.57 |
104 Crosslink density/(mol·cm-3) | 1.601 | 1.714 | 1.802 | 1.837 | 1.878 | 1.692 |
Tensile strength/MPa | 27.94 | 23.23 | 24.58 | 22.34 | 20.74 | 20.76 |
Modulus at 100%/MPa | 1.96 | 1.96 | 1.98 | 2.07 | 2.03 | 2.43 |
Modulus at 300%/MPa | 6.86 | 6.08 | 6.86 | 6.71 | 6.24 | 8.71 |
Elongation at break(%) | 735 | 747 | 769 | 651 | 651 | 576 |
Tear strength/(kN·m-1) | 45.09 | 44.52 | 41.41 | 40.02 | 38.41 | 38.10 |
Shore A hardness/(°) | 64.5 | 62.7 | 63.8 | 64.6 | 66.0 | 67.2 |
Rebound(%) | 22.8 | 23.7 | 24.3 | 25.3 | 26.4 | 28.1 |
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Tensile strength/MPa | 32.30 | 28.51 | 28.23 | 25.32 | 23.13 | 23.31 |
Modulus at 100%/MPa | 3.24 | 3.25 | 2.88 | 3.17 | 3.06 | 3.98 |
Modulus at 300%/MPa | 12.59 | 12.14 | 10.97 | 11.35 | 10.37 | 13.80 |
Elongation at break(%) | 593 | 566 | 569 | 521 | 528 | 459 |
Ageing coefficient(%) | 93 | 93 | 92 | 91 | 90 | 89 |
Table 2 Physical and mechanical properties of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates after aging*
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Tensile strength/MPa | 32.30 | 28.51 | 28.23 | 25.32 | 23.13 | 23.31 |
Modulus at 100%/MPa | 3.24 | 3.25 | 2.88 | 3.17 | 3.06 | 3.98 |
Modulus at 300%/MPa | 12.59 | 12.14 | 10.97 | 11.35 | 10.37 | 13.80 |
Elongation at break(%) | 593 | 566 | 569 | 521 | 528 | 459 |
Ageing coefficient(%) | 93 | 93 | 92 | 91 | 90 | 89 |
Fig.2 DIN abrasion loss amounts of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates m(NBR)/m(TBIR)/m(BR): a. 100/0/0; b. 0/100/0; c. 95/5/0; d. 90/10/0; e. 85/15/0; f. 80/20/0; g. 80/0/20.
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Heat built-up/℃ | 62.2 | 59.7 | 59.2 | 58.3 | 58.2 | 59.0 |
Dynamic compression set(%) | 9.8 | 8.9 | 7.6 | 7.9 | 8.5 | 7.9 |
Compression set(%) | 10.7 | 10.4 | 10.9 | 12.0 | 12.3 | 10.6 |
Table 3 Heat built-up and compression set of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Heat built-up/℃ | 62.2 | 59.7 | 59.2 | 58.3 | 58.2 | 59.0 |
Dynamic compression set(%) | 9.8 | 8.9 | 7.6 | 7.9 | 8.5 | 7.9 |
Compression set(%) | 10.7 | 10.4 | 10.9 | 12.0 | 12.3 | 10.6 |
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Δm100(%) | 1.7 | 3.1 | 4.6 | 7.5 | 12.1 | 16.4 |
ΔV100(%) | 2.1 | 3.9 | 7.2 | 9.1 | 14.8 | 20.2 |
Table 4 Oil resistance(70 ℃, 72 h) of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Δm100(%) | 1.7 | 3.1 | 4.6 | 7.5 | 12.1 | 16.4 |
ΔV100(%) | 2.1 | 3.9 | 7.2 | 9.1 | 14.8 | 20.2 |
Fig.3 Loss modulus(G", A) and loss factor(tanδ, B) of NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates m(NBR)/m(TBIR)/m(BR): a. 100/0/0; b. 95/5/0; c. 90/10/0; d. 85/15/0; e. 80/20/0; f. 80/0/20.
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Dispersiona(%) | 99.89 | 99.87 | 99.63 | 99.85 | 99.92 | 99.75 |
Mean aggregate sizea/μm | 10.12 | 9.79 | 9.97 | 8.77 | 7.68 | 8.32 |
Dispersionb(%) | 99.84 | 99.78 | 99.72 | 99.74 | 99.87 | 99.47 |
Mean aggregate sizeb/μm | 10.77 | 9.27 | 10.00 | 8.84 | 8.12 | 8.77 |
Table 5 Filler dispersion and mean aggregate size in NBR/TBIR and NBR/BR vulcanizates
m(NBR)/m(TBIR)/m(BR) | 100/0/0 | 95/5/0 | 90/10/0 | 85/15/0 | 80/20/0 | 80/0/20 |
---|---|---|---|---|---|---|
Dispersiona(%) | 99.89 | 99.87 | 99.63 | 99.85 | 99.92 | 99.75 |
Mean aggregate sizea/μm | 10.12 | 9.79 | 9.97 | 8.77 | 7.68 | 8.32 |
Dispersionb(%) | 99.84 | 99.78 | 99.72 | 99.74 | 99.87 | 99.47 |
Mean aggregate sizeb/μm | 10.77 | 9.27 | 10.00 | 8.84 | 8.12 | 8.77 |
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