劉宏偉1，金人海2，欒麗娜3，王 利2(1.中國人民解放軍駐沈陽第4橡膠廠軍事代表室，沈陽 110022;2.延長石油西北橡膠有限責任公司，陜西咸陽 712023;3.沈陽化工學校，沈陽 110000)
摘要：采用共混法制備了乙炔炭黑/氫化丁腈導電橡膠，探討了電阻率隨乙炔炭黑及其他配合劑用量變化的規律。結果表明，快壓出炭黑和乙炔炭黑的用量分別為15份和30份時，膠料力學性能和電性能基本達到同一理想狀態。在滿足力學性能的前提下，不宜過多使用過氧化二異丙苯(DCP)作為導電型氫化丁腈橡膠的硫化劑。
關鍵詞：氫化丁腈橡膠;乙炔炭黑;導電性
中圖分類號：TQ333.7文獻標識碼：A 文章編號：1005-4030(2014)01-0057-02
眾所周知，復合型導電橡膠已成為一種新型功能材料，廣泛用于電磁屏蔽、導電航空薄膜和自動控制[1，2]等方面，其市場需求量不斷增大[3，4]。采用導電炭黑與橡膠通過共混制成的導電橡膠具有工藝簡單、容易成型和常溫導電性能優異等特點[5]。
氫化丁腈橡膠(HNBR)具有高飽和結構，其耐油性能、耐熱性能、化學穩定性和耐臭氧性能良好，力學強度、撕裂性能和耐磨性能優異，是綜合性能極為出色的橡膠之一[6，7]。導電氫化丁腈橡膠在現代工業中得到較為廣泛的應用，如航空飛行器上使用的輸油軟管等[8]。
本工作通過共混法制備了乙炔炭黑/氫化丁腈導電橡膠，探討了電阻率隨乙炔炭黑及其他配合劑用量變化的規律，同時對導電氫化丁腈橡膠的力學性能進行了測試與研究，以期能為后續相關工作提供參考。
1 實驗
1.1 主要原材料
氫化丁腈橡膠，HNBR 2010，日本瑞翁公司;硫化劑DCP，化學純，上海化學試劑站中心化工廠;乙炔炭黑和快壓出炭黑，中聯橡膠(集團)總公司;己二酸烷基醚酯等其他助劑均為市售橡膠工業常用原材料。
1.2 試驗設備
開煉機，XK-16，湛江橡膠機械廠;平板硫化機，200t，上海西瑪偉力橡塑機械有限公司;拉力試驗機，XLL-250，上海正吉機械有限公司;邵爾A硬度計，XL-A，營口市材料試驗機廠;數字萬用表，DT890B+ 型，深圳市勝利有限責任公司。
1.3 試樣制備
將氫化丁腈橡膠投入開煉機上，待其完全包輥后，依次加入配合劑、快壓出炭黑和己二酸烷基醚酯，混煉均勻后分批加入乙炔炭黑，薄通3～5遍，充分混煉均勻，放大輥距，下片，待用;使用平板硫化機硫化試樣，硫化條件為：151 ℃×0.4MPa(表壓)×30min。
1.4 性能測試
拉伸強度和拉斷伸長率均按GB/T528-2009測試，邵爾A硬度按GB/T531-2008測試，密度按GB/T533-2008 測試，體積電阻率按GB/T2439-2001測試。
2 結果與討論
2.1 炭黑用量對力學性能和體積電阻率的影響
本工作測試了乙炔炭黑不同用量的導電氫化丁腈橡膠力學性能，結果見表1。
由表1可看出，隨著乙炔炭黑用量的增大，導電氫化丁腈橡膠的拉伸強度和邵爾A 硬度均有一定程度的增大，而拉斷伸長率降低，拉斷永久變形減小，說明了乙炔炭黑對氫化丁腈橡膠具有一定的補強作用，但效果并不顯著。
乙炔炭黑用量對氫化丁腈橡膠電性能的影響見圖1。
從圖1可看出，當乙炔炭黑用量小于25份時，導電氫化丁腈橡膠的體積電阻率隨乙炔炭黑用量的增大而緩慢減小。其原因可能是乙炔炭黑用量不足，其粒子間距較大，粒子間幾乎沒有接觸，不能形成有效導電通路，橡膠主要靠較遠距離的電子躍遷而導電，因此體積電阻率減小緩慢。當乙炔炭黑用量超過25份時，乙炔炭黑均勻分布在橡膠基體中，粒子間呈連續狀存在，形成導電網絡，因而體積電阻率迅速減小。當乙炔炭黑用量大于35份時，體積電阻率變化不大。其原因可能是用量在25～35份時炭黑粒子已接近飽和，形成了連續導電通路，達到了乙炔炭黑導電能力的峰值，此時加入更多的乙炔炭黑，雖然增大了粒子數量，但并不能較大幅度地提升導電性能。其原因可能是機械混煉法不能更好地分散乙炔炭黑，造成了分布不均勻，影響了混煉膠的硬度和拉斷永久變形等性能。
2.2 快壓出炭黑用量對力學性能等的影響
本工作測試了快壓出炭黑不同用量的導電氫化丁腈橡膠的力學性能和體積電阻率，結果見表2和圖2。
從圖2和表2可看出，隨著快壓出炭黑用量的增大，導電氫化丁腈橡膠的拉伸強度和邵爾A硬度均有明顯提升，說明快壓出炭黑對橡膠的補強能力優于乙炔炭黑，而導電性能卻幾乎與之相反，快壓出炭黑用量超過15份后，雖然力學性能依然獲得提升，但導電性能下降卻十分明顯，其原因可能是快壓出炭黑在橡膠基體內的分布已經對乙炔炭黑粒子起到了阻隔絕緣作用，所以這2種炭黑并用時，可根據實際使用要求在力學性能和導電性能之間做出合適調整。
2.3 硫化劑用量對力學性能和體積電阻率的影響
本工作測試了過氧化二異丙苯(DCP)不同用量的導電氫化丁腈橡膠的力學性能，結果見表3。
過氧化二異丙苯(DCP)用量對氫化丁腈橡膠電性能的影響見圖3。從圖3可看出，當DCP用量較少且不足3份時，隨著DCP用量的增大，膠料的體積電阻率大幅下降。當DCP用量在3～7份時體積電阻率變化較為平緩，當DCP用量在3～5份范圍內膠料的力學性能相對較好。
2.4 增塑劑對力學性能和體積電阻率的影響
本工作測試了己二酸烷基醚酯(TP-95)不同用量的導電氫化丁腈橡膠的力學性能和體積電阻率，結果見表4和圖4。
增塑劑對橡膠的增塑效果和低溫性能等有明顯影響，在炭黑大用量的膠料中增塑劑還能輔助提高加工性能，使得炭黑分散得更加均勻，各項預期指標容易達到。本實驗選用了新型環保無毒增塑劑己二酸烷基醚酯(TP-95)。
從表4和圖4可看出，己二酸烷基醚酯對膠料力學性能有明顯影響，拉斷伸長率隨著TP-95用量的增大有著明顯的變大趨勢，而拉伸強度卻逐步變小。由此可斷定，增塑劑對炭黑的補強作用有一定的抑制作用。電性能隨TP-95用量的增大先減小后增大。其原因可能是TP-95用量在5～10份之間主要起軟化橡膠、促進炭黑分散的作用;用量超過15份后其抑制炭黑補強的作用明顯顯露出來。
3·結論
(1)乙炔炭黑用量超過25份時，導電氫化丁腈橡膠的體積電阻率迅速減小;用量大于35份時，膠料的體積電阻率下降趨緩。加入乙炔炭黑可制備出性能良好的復合型氫化丁腈橡膠導電膠料。
(2)快壓出炭黑用量需要在力學性能和電性能之間選取合適的平衡點;快壓出炭黑和乙炔炭黑的用量分別為15份和30份時，膠料力學性能和電性能基本達到同一理想狀態。
(3)過氧化二異丙苯(DCP)用量對導電氫化丁腈橡膠的導電性有較大影響。在滿足力學性能的前提下，不宜過多使用過氧化二異丙苯(DCP)作導電型氫化丁腈橡膠的硫化劑。
(4)增塑劑的使用將使大用量炭黑的橡膠膠料工藝性能更加理想，其用量為10份左右時起到積極輔助作用。
參考文獻：
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