褚風(fēng)民，申英俊(天津市橡膠工業(yè)研究所，天津，300384)
摘要：長期在水中使用的氯丁橡膠的耐水性能對其電絕緣性能及物理機(jī)械性能有著顯著影響，而其耐水性能與配合劑有著密切關(guān)系。本文通過基礎(chǔ)配合試驗(yàn)，制備多組樣品，經(jīng)過1 年的跟蹤測試，考察了金屬氧化物和炭黑對氯丁橡膠吸水性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著炭黑份數(shù)的增大，氯丁橡膠的吸水增重率增加，耐水性能下降。含有氧化鋅的膠料與含有氧化鉛的膠料相比，耐水性能基本相當(dāng)。氧化鎂對氯丁橡膠的吸水增重率有著較大影響。
關(guān)鍵詞：氯丁橡膠;吸水性能;金屬氧化物
氯丁橡膠具有優(yōu)良的耐老化、耐水性能[1]，其聲阻抗與水接近，因而在水下聲學(xué)材料領(lǐng)域有著重要應(yīng)用[2]。同時(shí)氯丁橡膠具有良好的粘合性能，在粘合劑方面占有突出地位，尤其是水下應(yīng)用的粘合制品較多。長期應(yīng)用于水下的氯丁橡膠吸水率增大，能夠顯著降低其電絕緣性能及物理機(jī)械性能。氯丁橡膠一般使用金屬氧化物作為交聯(lián)劑，同時(shí)在配合過程中一般需加入炭黑等填料，以改善膠料的工藝性能，提高膠料的定伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐磨性能。由于各種交聯(lián)劑和填料的性質(zhì)不同，有疏水性材料也有親水性材料，這就需要對各種主要配合劑進(jìn)行配合試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確了解各材料對氯丁橡膠的吸水增重性能的影響。本文通過基礎(chǔ)配合，制備多組樣品，通過1 年時(shí)間的跟蹤測試，對金屬氧化物及炭黑對氯丁橡膠的吸水增重性能進(jìn)行了研究，以期對改善氯丁橡膠的耐水性能的配方設(shè)計(jì)提供參考。
1·試驗(yàn)
1.1 主要原材料
氯丁橡膠CR，牌號A90、B30，日本電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社產(chǎn)品;氧化鋅，工業(yè)級，上海京華化工廠產(chǎn)品;氧化鎂，工業(yè)級，上海京華化工廠產(chǎn)品;氧化鉛，工業(yè)級，天津安明恒信橡膠商貿(mào)公司產(chǎn)品;炭黑，牌號N330，天津卡博特公司產(chǎn)品。
1.2 試驗(yàn)配方
試驗(yàn)配方見表1。
1.3 主要儀器設(shè)備
XK-160 開煉機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;50t 平板硫化機(jī)，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品;分析天平，上海天平儀器廠產(chǎn)品。
1.4 膠料混煉
將氯丁橡膠置于輥溫為20~40℃的開煉機(jī)上薄通3~5 遍，加入防老劑、炭黑，然后加入金屬氧化物，薄通5 遍后出片。
1.5 膠料硫化
在140℃的平板硫化機(jī)上，壓力為15MPa 下，硫化15min。試樣尺寸約為20mm×20mm×2mm。
1.6 吸水增重率的測量
將試樣放置于盛有水的磨口瓶中，浸泡至規(guī)定時(shí)間(3d、11d、40d、365d)后取出，用濾紙吸取表面水份后，在分析天平上稱重。稱重完成后將試樣重新放置于水中繼續(xù)浸泡。
2 ·結(jié)果與討論
2.1 炭黑對吸水性能的影響
配方2 與配方3 相比，炭黑份數(shù)增加了20 份，兩配方的吸水增重情況見圖1所示。
由圖1 可以看出，隨著浸泡時(shí)間的延長，與炭黑添加量較小的配方2 相比，配方3 的吸水增重更大，可見炭黑對氯丁橡膠的吸水性能有著不利影響。炭黑自身的化合水很少[3]，主要是吸附水，在水中浸泡過程中水份逐漸吸附于炭黑顆粒表面及內(nèi)部空洞。隨著時(shí)間的延長，炭黑的吸附水量逐漸增多。
2.2 氧化鋅對氯丁橡膠吸水性能的影響
氯丁橡膠一般使用金屬氧化物進(jìn)行硫化交聯(lián)，其中最常使用的即為氧化鋅。配方3 與配方4比較了氧化鋅與氧化鉛對吸水性能的影響。數(shù)據(jù)見圖2所示。
由圖2 可以看出，氧化鋅配方4 的吸水性比氧化鉛配方3 稍高，考慮到氧化鉛自身的毒性及對水質(zhì)的污染性，耐水氯丁橡膠配方不必使用氧化鉛，使用氧化鋅的吸水效果與氧化鉛基本相當(dāng)。
2.3 氧化鎂對氯丁橡膠吸水性能的影響
氧化鎂自身吸水能力較強(qiáng)，在存放過程中一般要用PE 袋密封保存，使用前要經(jīng)烘箱烘干處理。比較配方1 與5，其氧化鎂份數(shù)分別為4 份、1 份，配方2 中不含氧化鎂。三者的吸水曲線見圖3所示。
由圖3中數(shù)據(jù)可以看出，與不含氧化鎂的配方2 相比，含有4 份氧化鎂的配方1 的吸水增重率高2 倍以上。與含有1 份氧化鎂的配方5 相比，配方1 的吸水增重率也高了近1 倍。氧化鎂極易與水結(jié)合首先形成氫氧化鎂，然后繼續(xù)吸水，在其中形成結(jié)晶水。雖然氧化鎂在氯丁橡膠中有著改善膠料焦燒性能的作用，但在長期用于水下的氯丁橡膠中不宜使用。
3· 結(jié)論
(1)隨著炭黑份數(shù)的增大，氯丁橡膠的吸水增重率增加，耐水性能下降。
(2)含有氧化鋅的膠料與含有氧化鉛的膠料相比，耐水性能基本相當(dāng)，鑒于氧化鉛自身的毒性及對水質(zhì)的污染性，有耐水要求的氯丁橡膠可以使用氧化鋅代替氧化鉛。
(3)氧化鎂對氯丁橡膠的吸水增重率有著較大影響，有耐水要求的氯丁橡膠中不宜使用氧化鎂。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝遂志,劉登祥,周鳴巒.橡膠工業(yè)手冊 第一分冊[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1989:329.
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[3]王夢蛟,龔懷耀,薛廣智.橡膠工業(yè)手冊 第二分冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989:284.
