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HNBR/甲基丙烯酸酯共混物属性 |
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作者：Zeon化学品公司 |
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氢化丁腈橡胶(HNBR)/二甲基丙烯酸锌(ZDMA)混合物已使用多年，它所提供的改进的力学性能在诸如传动带，滚轮外套的橡胶工业和石油工业一些领域受到广泛认可。
在汽车和工业密封应用中，主要应用的是低温三元HNBR。在这些领域中需要极端的耐热性连同防滑性。这是用HNBR非常适合的领域，但也是增长相当迅速的领域。目前被认可用在汽车套管类型密封上，给这一材料开辟了全新的应用领域。在达到非常低的环境温度的石油工业中，这些类型HNBR弹性体的使用也在增加。
在需要高强度和优异动力学性能的地方一般使用ZDMA增强型HNBR，例如传动带、钢铁和纸张制造业中的滚轮外套以及“井下”应用(例如可转向钻头密封胶，防喷器和需要极高力学硬度的可扩展型压土机)。
这些高度期望的性能的组合使使用者能够进一步增加用弹性体材料能达到的性能水平。目标是为使用者提供开发从-40℃到150℃具有优异全能耐久性能的功能材料的能力。本文的数据和随后的讨论旨在说明用这些独特材料所能达到的性能，并希望激励技术人员和弹性体产品生产厂商不断冲击性能的极限。
实验
基本的实验工作试图说明通过指定甲基丙烯酸酯增强型三元HNBR聚合物的技术条件能获得的有利性能。
◆ 配方设计
因其对性能和极宽操作温度范围的独特平衡能力，选择ZSC4195和HNBR4300材料。用含有单独HNBR以及ZSC/HNBR混合物的4个典型配方来演示在一段硬度值范围内的力学性能。没有用任何特别的参数对这些配方进行优化，结果清楚地表明用ZSC/HNBR混合物获得性能上的增加。
表1：试验配方
配方列于表1，使用的原材料具体如下：
Zetpol 4300: 在100℃下，18% ACN，60-100ML 1+4，碘值<15；
ZSC 4195CX: 在100℃下，16.6% ACN，60-100ML 1+4，碘值10-201；
氧化锌：白度99.8%，N2比表面积5m2/g；
硬脂酸：十八碳酸脂；
Coraxz N550：碘吸收43，CTAB 42；
Naugard 445：二异丙苯二苯胺；
Rhenogran：氧化锌（甲基巯基）；
ZMMBI 50：benzimidazole苯并咪唑,50% EPDM/EVA；
Luperox F40 ：1,3/1,4对过氧化叔丁基苯，40%碳酸钙。
◆ 加工过程
按照正常的操作规程，在英国的欧洲技术设备实验室里(ETSL)对混合物进行称重、混合和模压。如有需要，可提供这些方法的全部细节。
◆ 试验方法
结果讨论
为了简单起见，所有图片X轴都标上硬度，这是将弹性体混合物分类的常用办法。图片中添加的趋势线是用Excel软件计算的，要么是二次多项式，要么是指数形式。它们是用来做引导之用，只是为了帮助区分材料。
◆ 加工特性
ZSC4195混合物具有的其中一个重要的加工优势是二甲基丙烯酸锌交联所产生的力学性能，而不是通过高度的碳黑增强。图1非常清楚地显示，碳黑填充的HNBR4300，随着硬度的增加，混合物的门尼 (Mooney)粘度也在增加。事实上，HNBR4300硬度增加25点，门尼粘度增加超过120点，到大于200个门尼单位。不过，ZSC4195混合物硬度增加32点时门尼粘度只增加8点。这一独特的性质为那些高硬度和力学性能必不可少的加工改良提供了无数的可能。
图1：硬度对复合物门尼粘度
必须记住的是，二甲基丙烯酸锌增强型复合物在硫化过程中会显示出粘附金属特性，这可能导致模具粘着。然而，对模具进行合适的处理，可以轻易解决这一问题。
◆ 力学性能
图2-5画出了两种类型复合物硬度对拉伸应力和应变的关系。可以清楚地看出，ZSC4195基复合物具有显著增加的拉伸强度，同时其伸长率也急剧改善。然而，M50％和M100％的模量数据表明，在此范围内，两种材料的功能类似。做一些调整，可以生产低应力下应力-应变特性十分类似的材料，而最大拉伸和极限伸长更高。这就是说实用性能有所增加。 
图2：硬度对张力 图3：硬度对伸长率
 
图4：硬度对50％模量 图5：硬度对100%模量
图6和7作出缺口月牙和非缺口角度类型试验中硬度对撕裂强度图。这与上面的数据相联证实ZSC4195材料所能达到的显著改善的性能。它还显示出ZSC4195材料趋向硬度标尺更高端时逐渐增加的优势，这是由于混合物中ZSC4195含量增加的原因。
图6：硬度对缺口月牙撕裂强度
图7：硬度对角度撕裂强度
图8：硬度对150℃下的直角撕裂强度
图7和8比较了23度和150度下的非缺口角度撕裂强度。高温下抗撕裂性是二甲基丙烯酸锌改性HNBR具有显著改善性能的一个重要方面。在较低共混比例下，结果就是硬度较低，ZSC4195的优势并不那么明显，而碳黑填充HNBR4300材料可以具有一些优势。可是，随着ZSC4195比例的增加，撕裂强度显著增强，非常清楚的表明，为了实现性能最大化，ZSC4195对HNBR4300的比例应较高。这就意味着高硬度复合物优势最大。
图9表示这些材料的压缩永久变形性能。可以看出，ZSC4195材料压缩永久变形略微高于碳黑填充的HNBR4300材料。然而，差别相对较小。应该注意的是，硬度值超过80 Duro A的式样只施加15％的应变，当硬度超过90时，只有10％的应变。ZSC复合物的短时间压缩永久变形通常要高过传统复合物，这是阻止其在一些环境中使用的一个因素。不过，随着试验周期的增长，这种差异减小。如图9所示，150℃下504小时后低于25％的压缩永久变形非常之好。 
图9：硬度对150℃下504小时后的压缩永久变形
图10：硬度对DIN磨损
图10表示根据DIN方法这些材料的抗摩擦性能。从其他力学性能数据可以想象得出，ZSC4195基材料具有改善的抗摩擦性能，这就毫无疑问地转化成磨损服役环境下增强的使用寿命。最重要的是，HNBR4300材料随着硬度的增加显示出上升的趋势，而ZSC4195共混材料在最高硬度下有所下降。
◆ 低温性能
图11和12画出这些材料的低温收缩性能。正如预想的，随着复合物硬度的增加，低温性能似乎变得更差。这本质上是由于较硬复合物弹性较少的原因。实际上，较硬材料的拉伸模量相当高，以至于几乎不可能拉伸原始样品以进行试验。
图11：硬度对TR10低温回复
图12：硬度对TR70低温回复
通常将TR10值认为是密封起作用的最低温度，而TR70值是密封恢复其大多数弹性的温度。
可以看出，即使在90的硬度，HNBR4300和ZSC4195的TR10值都低于-30度。正确使用合适的增塑剂，很有可能将这些值降低到-40度；不过，原来的力学性能可能不得不折中到较小的程度。
两种材料的TR70值有所不同。ZSC4195复合物有微小的优势，这可能是因为ZSC4195复合物中的聚合物含量相对较高。只有在非常高的硬度下，HNBR4300才表现出增加的TR70值。由于碳黑含量随硬度逐渐增加，HNBR4300表现出或多或少的直线关系。
总结：上面报道和讨论的结果相当清楚地表明，如何可能用HNBR/二甲基丙烯酸锌共混物产生具有非常高的拉伸和撕裂强度，加上高拉伸率的弹性体复合物。它特别说明如果对这些材料进行正确的混合与加工而可能出现的加工和实用优势。显然，由于具有优异的温度范围、力学性能和抗化学性，这些新型材料提供了最为广阔的可能应用方向。
在设计和开发要求具有高低温性能和优异力学性能的高性能弹性体产品中，应该利用这些数据以作参考。表2：列出了结果和测量橡胶性能所使用的合适标准
 原载 国际橡胶商情(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/14/2006) |
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