刘宏伟1，金人海2，栾丽娜3，王 利2(1.中国人民解放军驻沈阳第4橡胶厂军事代表室，沈阳 110022;2.延长石油西北橡胶有限责任公司，陕西咸阳 712023;3.沈阳化工学校，沈阳 110000)
摘要：采用共混法制备了乙炔炭黑/氢化丁腈导电橡胶，探讨了电阻率随乙炔炭黑及其他配合剂用量变化的规律。结果表明，快压出炭黑和乙炔炭黑的用量分别为15份和30份时，胶料力学性能和电性能基本达到同一理想状态。在满足力学性能的前提下，不宜过多使用过氧化二异丙苯(DCP)作为导电型氢化丁腈橡胶的硫化剂。
关键词：氢化丁腈橡胶;乙炔炭黑;导电性
中图分类号：TQ333.7文献标识码：A 文章编号：1005-4030(2014)01-0057-02
众所周知，复合型导电橡胶已成为一种新型功能材料，广泛用于电磁屏蔽、导电航空薄膜和自动控制[1，2]等方面，其市场需求量不断增大[3，4]。采用导电炭黑与橡胶通过共混制成的导电橡胶具有工艺简单、容易成型和常温导电性能优异等特点[5]。
氢化丁腈橡胶(HNBR)具有高饱和结构，其耐油性能、耐热性能、化学稳定性和耐臭氧性能良好，力学强度、撕裂性能和耐磨性能优异，是综合性能极为出色的橡胶之一[6，7]。导电氢化丁腈橡胶在现代工业中得到较为广泛的应用，如航空飞行器上使用的输油软管等[8]。
本工作通过共混法制备了乙炔炭黑/氢化丁腈导电橡胶，探讨了电阻率随乙炔炭黑及其他配合剂用量变化的规律，同时对导电氢化丁腈橡胶的力学性能进行了测试与研究，以期能为后续相关工作提供参考。
1 实验
1.1 主要原材料
氢化丁腈橡胶，HNBR 2010，日本瑞翁公司;硫化剂DCP，化学纯，上海化学试剂站中心化工厂;乙炔炭黑和快压出炭黑，中联橡胶(集团)总公司;己二酸烷基醚酯等其他助剂均为市售橡胶工业常用原材料。
1.2 试验设备
开炼机，XK-16，湛江橡胶机械厂;平板硫化机，200t，上海西玛伟力橡塑机械有限公司;拉力试验机，XLL-250，上海正吉机械有限公司;邵尔A硬度计，XL-A，营口市材料试验机厂;数字万用表，DT890B+ 型，深圳市胜利有限责任公司。
1.3 试样制备
将氢化丁腈橡胶投入开炼机上，待其完全包辊后，依次加入配合剂、快压出炭黑和己二酸烷基醚酯，混炼均匀后分批加入乙炔炭黑，薄通3～5遍，充分混炼均匀，放大辊距，下片，待用;使用平板硫化机硫化试样，硫化条件为：151 ℃×0.4MPa(表压)×30min。
1.4 性能测试
拉伸强度和拉断伸长率均按GB/T528-2009测试，邵尔A硬度按GB/T531-2008测试，密度按GB/T533-2008 测试，体积电阻率按GB/T2439-2001测试。
2 结果与讨论
2.1 炭黑用量对力学性能和体积电阻率的影响
本工作测试了乙炔炭黑不同用量的导电氢化丁腈橡胶力学性能，结果见表1。
由表1可看出，随着乙炔炭黑用量的增大，导电氢化丁腈橡胶的拉伸强度和邵尔A 硬度均有一定程度的增大，而拉断伸长率降低，拉断永久变形减小，说明了乙炔炭黑对氢化丁腈橡胶具有一定的补强作用，但效果并不显著。
乙炔炭黑用量对氢化丁腈橡胶电性能的影响见图1。
从图1可看出，当乙炔炭黑用量小于25份时，导电氢化丁腈橡胶的体积电阻率随乙炔炭黑用量的增大而缓慢减小。其原因可能是乙炔炭黑用量不足，其粒子间距较大，粒子间几乎没有接触，不能形成有效导电通路，橡胶主要靠较远距离的电子跃迁而导电，因此体积电阻率减小缓慢。当乙炔炭黑用量超过25份时，乙炔炭黑均匀分布在橡胶基体中，粒子间呈连续状存在，形成导电网络，因而体积电阻率迅速减小。当乙炔炭黑用量大于35份时，体积电阻率变化不大。其原因可能是用量在25～35份时炭黑粒子已接近饱和，形成了连续导电通路，达到了乙炔炭黑导电能力的峰值，此时加入更多的乙炔炭黑，虽然增大了粒子数量，但并不能较大幅度地提升导电性能。其原因可能是机械混炼法不能更好地分散乙炔炭黑，造成了分布不均匀，影响了混炼胶的硬度和拉断永久变形等性能。
2.2 快压出炭黑用量对力学性能等的影响
本工作测试了快压出炭黑不同用量的导电氢化丁腈橡胶的力学性能和体积电阻率，结果见表2和图2。
从图2和表2可看出，随着快压出炭黑用量的增大，导电氢化丁腈橡胶的拉伸强度和邵尔A硬度均有明显提升，说明快压出炭黑对橡胶的补强能力优于乙炔炭黑，而导电性能却几乎与之相反，快压出炭黑用量超过15份后，虽然力学性能依然获得提升，但导电性能下降却十分明显，其原因可能是快压出炭黑在橡胶基体内的分布已经对乙炔炭黑粒子起到了阻隔绝缘作用，所以这2种炭黑并用时，可根据实际使用要求在力学性能和导电性能之间做出合适调整。
2.3 硫化剂用量对力学性能和体积电阻率的影响
本工作测试了过氧化二异丙苯(DCP)不同用量的导电氢化丁腈橡胶的力学性能，结果见表3。
过氧化二异丙苯(DCP)用量对氢化丁腈橡胶电性能的影响见图3。从图3可看出，当DCP用量较少且不足3份时，随着DCP用量的增大，胶料的体积电阻率大幅下降。当DCP用量在3～7份时体积电阻率变化较为平缓，当DCP用量在3～5份范围内胶料的力学性能相对较好。
2.4 增塑剂对力学性能和体积电阻率的影响
本工作测试了己二酸烷基醚酯(TP-95)不同用量的导电氢化丁腈橡胶的力学性能和体积电阻率，结果见表4和图4。
增塑剂对橡胶的增塑效果和低温性能等有明显影响，在炭黑大用量的胶料中增塑剂还能辅助提高加工性能，使得炭黑分散得更加均匀，各项预期指标容易达到。本实验选用了新型环保无毒增塑剂己二酸烷基醚酯(TP-95)。
从表4和图4可看出，己二酸烷基醚酯对胶料力学性能有明显影响，拉断伸长率随着TP-95用量的增大有着明显的变大趋势，而拉伸强度却逐步变小。由此可断定，增塑剂对炭黑的补强作用有一定的抑制作用。电性能随TP-95用量的增大先减小后增大。其原因可能是TP-95用量在5～10份之间主要起软化橡胶、促进炭黑分散的作用;用量超过15份后其抑制炭黑补强的作用明显显露出来。
3·结论
(1)乙炔炭黑用量超过25份时，导电氢化丁腈橡胶的体积电阻率迅速减小;用量大于35份时，胶料的体积电阻率下降趋缓。加入乙炔炭黑可制备出性能良好的复合型氢化丁腈橡胶导电胶料。
(2)快压出炭黑用量需要在力学性能和电性能之间选取合适的平衡点;快压出炭黑和乙炔炭黑的用量分别为15份和30份时，胶料力学性能和电性能基本达到同一理想状态。
(3)过氧化二异丙苯(DCP)用量对导电氢化丁腈橡胶的导电性有较大影响。在满足力学性能的前提下，不宜过多使用过氧化二异丙苯(DCP)作导电型氢化丁腈橡胶的硫化剂。
(4)增塑剂的使用将使大用量炭黑的橡胶胶料工艺性能更加理想，其用量为10份左右时起到积极辅助作用。
参考文献：
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