用于封隔器的HNBR胶料的配合及性能研究

摘要

氢化丁腈橡胶（HNBR）因其主链饱和度较高，侧链上含有极性的丙烯腈而具有极好的耐高温耐油的特性，被广泛的应用在密封行业。本研究基于封隔器的使用条件，探究了封隔器的实用配方。首先通过橡胶加工分析仪RPA2000测试、高温拉伸性能、压缩性能探究了炭黑（N220）补强性，总结出了最佳炭黑填充量。随后对比了芳纶浆粕与芳纶短切纤维的补强性能，最终选取了芳纶短切纤维作为补强填料，来进一步提高高炭黑填充的氢化丁腈胶料的模量，并选取了五种助剂来改善纤维与橡胶间的粘合。
　　结果表明：随着炭黑N220（CB）用量的增加，HNBR硫化胶的硬度、拉伸模量以及压缩模量都随之增加；硫化胶RPA应变扫描中发现，随着炭黑用量的增加，胶料的储能模量增加，Payne效应增强，同时硫化剂用量越少，填料-填料的相互作用越强。在60℃下，硫化剂的用量对硫化胶的储能模量几乎没有影响，而在150℃下，硫化剂用量越多，储能模量越高；炭黑用量越多，在相同拉伸应变下的补强因子越高，硫化剂用量越多，补强因子下降；对于压缩性能，压缩试样的长径比越小，压缩模量越高，重复压缩测试结果表现出“压缩Payne效应”。综合分析得出，80份炭黑N220为最佳填充量。
　　随着芳纶短切纤维（AF）用量的增加，HNBR/CB体系的门尼值增加，但芳纶浆粕（Pulp）对HNBR/CB体系的门尼几乎没有影响；AF填充的HNBR/CB体系具有更高的硬度、拉伸强度以及撕裂强度；AF与Pulp对HNBR/CB体系的玻璃化转换温度几乎没有影响，随着纤维份数的增加，tanδ降低。综合分析得出，芳纶短切纤维具有更好的补强效果。
　　芳纶短切纤维能够改善HNBR胶料的加工安全性，同时大幅提高硫化胶在小形变下的拉伸模量以及压缩模量；纤维在试样中的取向对拉伸与压缩的性能影响不同，拉伸性能：L试样（纤维取向方向与应力方向平行）＞T试样（纤维取向方向与应力方向垂直），压缩性能：T试样＞X试样（既有平行又有垂直）＞L试样；纤维对拉伸与压缩的补强因子影响不同，随着应变的增加，拉伸补强因子先增大后降低，压缩补强因子持续增大。综合分析得出，对于封隔器配方，芳纶短切纤维能够满足其高性能要求。
　　在选用的五种增粘助剂中，助交联剂70％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯-30%二氧化硅（TRIM/S）、马来酸酐接枝的聚丁二烯（MA）、粘合剂1/3间苯二酚-1/3三甲氧基甲基三聚氰胺醚-1/3二氧化硅（RDL）以及甲基丙烯酸锌（ZDMA）均能大幅降低HNBR/AF胶料的门尼粘度，羧基化的氢化丁腈橡（HXNBR）对门尼粘度几乎没有影响；TRIM/S以及RDL均能大幅提高HNBR/AF硫化胶的硬度，10份的RDL以及10份的TRIM/S均能使HNBR/AF硫化胶的硬度达到94 ShoreA；扫描电镜照片发现，HXNBR、MA、ZDMA以及RDL均能改善纤维与橡胶间的相互作用。

目录

第一章 绪论

1.1 封隔器的概述

1.2 HNBR的概述

1.3 氢化丁腈橡胶的配合体系

1.4 本文的研究目的及意义

第二章 炭黑填充氢化丁腈橡胶性能的研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3本章小结

第三章 芳纶浆粕与芳纶短切纤维作为补强填料的对比研究

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 芳纶短切纤维对高炭黑填充氢化丁腈胶性能的研究

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3本章小结

第五章 五种助剂对于改善纤维与橡胶间粘合的对比研究

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢

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