丁腈橡膠是丙烯腈和丁二烯的乳液共聚物的通用名稱. 其最佳性能是對大多數油類與非極性溶劑具有超級的耐受能力. 與大多數普通彈性體相比, NBR聚合物也提供更佳的不透氣性, 抗磨損性和熱穩定性. 這些性能來自其高極性的丙烯腈, 其含量決定聚合物的獨特平衡性能.
圖1, 混配物1~ 4在室溫下22小時的壓縮永久形變
丁腈橡膠可與其它彈性體和熱塑性塑料混合. 與NBR混合的主要熱塑性塑料就是PVC. 這兩種聚合物在熔化時形成易混合體系, NBR加到PVC後可顯示出耐臭氧性能, 這在單獨的PVC中是不可能的. 可見PVC在添加丁腈聚合物後性能得以提升. 其關係表明在表1中.
表1, NBR和PVC性能特徵
PVC改變也可被描述為當丁腈聚合物被少量加到PVC中, 會給予PVC化合物靈活應對各種應用的能力. 對於這些應用, 丁腈聚合物代表性的銷售形式為團塊狀或粉末狀, 以便易於與PVC混合.
圖2, 混配物1~ 4在100℃的IRM903油中浸泡70小時老化後的體積變化
NBR充當高分子增塑劑代替普通單分子增塑劑應用於PVC化合物中, 這將有助於混配物耐油, 阻燃, 抗撕裂, 抗磨損和抗彎性能的提升. 與單體增塑劑相對, 因為NBR不是可抽取的, 它在熱老化後仍將保留下來, 油與燃料浸入, 產生更佳的熱老化性和老化後具更好的低溫性能. 低量單體增塑劑也減少相鄰的熱塑性塑料龜裂, 這是由於單體增塑劑遷移到熱塑性塑料中, 導致塑料熔脹而產生龜裂.
表2, 混配物配方
本文描述兩個基礎研究, 採用廣範圍NBR組成配方對PVC改性, 試驗其產生的影響. 首先是研究用120份量聚交聯NBR聚合物粉末對PVC改性;其次是研究評估不同範圍NBR聚合物量應用於PVC化合物中的特性變化. 此兩項研究的目的是探索NBR改性PVC化合物性能的影響, 並特別關注其性能改善效果.
圖3, 混配物1~ 4的硬度值
材料
用於本研究的化合物所有配料都是從市場上購買, 試驗配方列於表2中.
表3, 混配物中的NBR粒子類型
特性
化合物物理特性測試採用標準ASTM測試方法. 這些方法包括測定拉力, 拉伸強度和模數的ASTM D412, 測定壓縮永變形性能的ASTM D395.
圖4, 混配物1~ 4的延伸率
化合物混配
混配化合物採用實驗室用布拉本德混合機進行混合.
高交聯中等粘度NBR級用量變化對混配物的影響
混配物1~4分別是於PVC樹脂中漸漸增加32%BAN 50門尼粘度的交聯NBR到最大120份量. 總體來說, 從較低NBR量直至NBR量高達120份量的混配物4, 可觀察到壓縮永久形變性能和在IRM903油中老化的體積變化均得以連續改善.
圖5, 混配物1~ 4的拉伸強度值
圖1表明混配物1~4系列在室溫下老化22小時後的壓縮永久變形測量值.
圖6, 混配物1~ 4在23℃燃油C中70小時後的體積變化
圖2表明混合物1~4系列在100℃的IRM903油中浸泡70小時老化後的體積變化.
圖7, 混配物A~ I的拉伸強度性能
硬度, 伸長率與拉伸性能也隨著120份量的最高NBR用量而變化. 這為優化NBR改性PVC性能提供一個非常廣的化合物配方設計窗口.
圖8, 混配物A~ I 的100%模量
圖3表明混配物1~4的硬度值. 圖4表明混配物1~4的延伸率, 圖5表明混配物1~4的伸長值.
圖9, 混配物A~ I的壓縮形變(在23℃放置22小時)
在燃料C暴露試驗中, 混配物2表現出幾乎不變的體積變化, 該混配物含40份量的NBR.
圖10, 混配物A~ I 在100℃的IRM903油中放置70小時後的體積變化
圖6表明混配物1~ 4在23℃暴露於燃料C中70小時的體積變化.
用不同線性和交聯級NBR在80份配方中的混配物結果
混配物A到I(表2和表3), 有幾個明顯趨勢. 總的來說, 相比混配物F至I(線性NBR聚合物基), 混配物A到E(交聯NBR基)顯示出較高的拉伸和模數, 更好的壓縮變形和耐磨性能. 在100℃70小時的IRM903油老化試驗後, 使用較高BAN型NBR導致更佳的耐油性. 同時也注意到混配物A是基於枝化交聯型, 而混配物D是基於低量化學交聯.
圖11, 混配物A~ I 的DIN抗磨損性能
圖7表明混配物A到I的拉伸性能;圖8表明混配物A到I的100%模量性能;圖9表明混配物A到I的壓縮形變(在23℃中22小時), 高交聯級混配物B, C和E提供最低的壓縮形變;圖10表明混配物A到I在100℃IRM903油中70小時後的體積變化, 隨NBR中丙烯腈量而變;圖11表明混配物A到I的DIN磨損性能.
總結
丁腈橡膠是為PVC改性中通用的橡膠. 在本研究中, 交聯NBR聚合物被用於PVC混配物系列, 以提供獨特的性能平衡, 包括優異的壓縮形變和耐油性, 很寬NBR範圍. 結果是可優化混配物性能以適於在各種工業上應用.