丁腈橡胶是丙烯腈和丁二烯的乳液共聚物的通用名称. 其最佳性能是对大多数油类与非极性溶剂具有超级的耐受能力. 与大多数普通弹性体相比, NBR聚合物也提供更佳的不透气性, 抗磨损性和热稳定性. 这些性能来自其高极性的丙烯腈, 其含量决定聚合物的独特平衡性能.
图1, 混配物1~ 4在室温下22小时的压缩永久形变
丁腈橡胶可与其它弹性体和热塑性塑料混合. 与NBR混合的主要热塑性塑料就是PVC. 这两种聚合物在熔化时形成易混合体系, NBR加到PVC后可显示出耐臭氧性能, 这在单独的PVC中是不可能的. 可见PVC在添加丁腈聚合物后性能得以提升. 其关系表明在表1中.
表1, NBR和PVC性能特征
PVC改变也可被描述为当丁腈聚合物被少量加到PVC中, 会给予PVC化合物灵活应对各种应用的能力. 对于这些应用, 丁腈聚合物代表性的销售形式为团块状或粉末状, 以便易于与PVC混合.
图2, 混配物1~ 4在100℃的IRM903油中浸泡70小时老化后的体积变化
NBR充当高分子增塑剂代替普通单分子增塑剂应用于PVC化合物中, 这将有助于混配物耐油, 阻燃, 抗撕裂, 抗磨损和抗弯性能的提升. 与单体增塑剂相对, 因为NBR不是可抽取的, 它在热老化后仍将保留下来, 油与燃料浸入, 产生更佳的热老化性和老化后具更好的低温性能. 低量单体增塑剂也减少相邻的热塑性塑料龟裂, 这是由于单体增塑剂迁移到热塑性塑料中, 导致塑料熔胀而产生龟裂.
表2, 混配物配方
本文描述两个基础研究, 采用广范围NBR组成配方对PVC改性, 试验其产生的影响. 首先是研究用120份量聚交联NBR聚合物粉末对PVC改性;其次是研究评估不同范围NBR聚合物量应用于PVC化合物中的特性变化. 此两项研究的目的是探索NBR改性PVC化合物性能的影响, 并特别关注其性能改善效果.
图3, 混配物1~ 4的硬度值
材料
用于本研究的化合物所有配料都是从市场上购买, 试验配方列于表2中.
表3, 混配物中的NBR粒子类型
特性
化合物物理特性测试采用标准ASTM测试方法. 这些方法包括测定拉力, 拉伸强度和模数的ASTM D412, 测定压缩永变形性能的ASTM D395.
图4, 混配物1~ 4的延伸率
化合物混配
混配化合物采用实验室用布拉本德混合机进行混合.
高交联中等粘度NBR级用量变化对混配物的影响
混配物1~4分别是于PVC树脂中渐渐增加32%BAN 50门尼粘度的交联NBR到最大120份量. 总体来说, 从较低NBR量直至NBR量高达120份量的混配物4, 可观察到压缩永久形变性能和在IRM903油中老化的体积变化均得以连续改善.
图5, 混配物1~ 4的拉伸强度值
图1表明混配物1~4系列在室温下老化22小时后的压缩永久变形测量值.
图6, 混配物1~ 4在23℃燃油C中70小时后的体积变化
图2表明混合物1~4系列在100℃的IRM903油中浸泡70小时老化后的体积变化.
图7, 混配物A~ I的拉伸强度性能
硬度, 伸长率与拉伸性能也随着120份量的最高NBR用量而变化. 这为优化NBR改性PVC性能提供一个非常广的化合物配方设计窗口.
图8, 混配物A~ I 的100%模量
图3表明混配物1~4的硬度值. 图4表明混配物1~4的延伸率, 图5表明混配物1~4的伸长值.
图9, 混配物A~ I的压缩形变(在23℃放置22小时)
在燃料C暴露试验中, 混配物2表现出几乎不变的体积变化, 该混配物含40份量的NBR.
图10, 混配物A~ I 在100℃的IRM903油中放置70小时后的体积变化
图6表明混配物1~ 4在23℃暴露于燃料C中70小时的体积变化.
用不同线性和交联级NBR在80份配方中的混配物结果
混配物A到I(表2和表3), 有几个明显趋势. 总的来说, 相比混配物F至I(线性NBR聚合物基), 混配物A到E(交联NBR基)显示出较高的拉伸和模数, 更好的压缩变形和耐磨性能. 在100℃70小时的IRM903油老化试验后, 使用较高BAN型NBR导致更佳的耐油性. 同时也注意到混配物A是基于枝化交联型, 而混配物D是基于低量化学交联.
图11, 混配物A~ I 的DIN抗磨损性能
图7表明混配物A到I的拉伸性能;图8表明混配物A到I的100%模量性能;图9表明混配物A到I的压缩形变(在23℃中22小时), 高交联级混配物B, C和E提供最低的压缩形变;图10表明混配物A到I在100℃IRM903油中70小时后的体积变化, 随NBR中丙烯腈量而变;图11表明混配物A到I的DIN磨损性能.
总结
丁腈橡胶是为PVC改性中通用的橡胶. 在本研究中, 交联NBR聚合物被用于PVC混配物系列, 以提供独特的性能平衡, 包括优异的压缩形变和耐油性, 很宽NBR范围. 结果是可优化混配物性能以适于在各种工业上应用.