【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 加工性能良好，硫化速度加快，拉伸強(qiáng)度提高，但回彈性下降，耐寒性劣化。NBR中由于存在易被電場(chǎng)極化的腈基，因而降低了它的介電性能，屬半導(dǎo)體橡膠。丁腈橡膠的丙烯腈含量在15%~50%的范圍，一般多以聚合物中結(jié)合丙烯腈量多少來(lái)分類，可分為五個(gè)系列，即：（1）極高丙烯腈橡膠，丙烯腈含量 43%以上；（2）高丙烯腈丁腈橡膠，丙烯腈含量36~42%；（3）中高丙烯腈丁腈橡膠，丙烯腈含量 31~35%；（4）中丙烯腈丁腈橡膠，丙烯腈含量25~30%；（5）低丙烯腈丁腈橡膠，丙烯腈含量24%以下。丁腈橡膠生產(chǎn)方式有連續(xù)聚合法和間歇聚合法兩種。連續(xù)聚合法用于大生產(chǎn)量和少品種生產(chǎn)，消耗定額低；間歇聚合法適用于多品種和小批量生產(chǎn)，聚合釜數(shù)量少、公用工程消耗高。NBR雖有良好的物性和加工性能，但不能在高溫（150℃）和酸性汽油環(huán)境中使用（不及丙烯酸酯橡膠和氟橡膠），為此德國(guó)Bayer公司、加拿大Polysar公司和日本Zeon公司先后開發(fā)成功具有特殊優(yōu)異性能的氫化丁腈橡膠（HNBR）。此外，各公司還開發(fā)了極超耐寒性NBR。高純度NBR以及用于印刷電路板的羧基丁腈橡膠（XNBR）等。 丁腈膠的應(yīng)用 NBR因其耐油性好，物理機(jī)械性能優(yōu)異，已被廣泛用于制造各種耐油制品，如O型環(huán)、軟管、墊圈以及燃料箱襯膠、油罐襯里、印刷滾筒、絕緣地面墊板、硬橡膠零件、耐油鞋底、織物涂層、泵的葉輪、管螺紋保護(hù)層以及電線包皮、膠粘劑、橡膠手套、食品包裝用薄膜等領(lǐng)域。目前，世界上有30多個(gè)國(guó)家生產(chǎn)NBR，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。1．膠管制品及阻燃運(yùn)輸帶NBR最大的消費(fèi)是生產(chǎn)耐油膠管制品以及阻燃運(yùn)輸帶，消費(fèi)量約占NBR總消費(fèi)量的50%，氟橡膠和NBR復(fù)合可制耐汽油滲透性好的膠管。采用具有尼龍夾層的NBR和氯化丁基膠（CIIR）的內(nèi)外層結(jié)構(gòu)，可生產(chǎn)能防止氟利昂氣體從膠管壁中滲出的新型膠管；采用HNBR為內(nèi)層膠，尼龍66為補(bǔ)強(qiáng)層，外層采用CSM制成的汽車用動(dòng)力轉(zhuǎn)向管，在120℃可承受脈沖次數(shù)400萬(wàn)次。此外NBR還是汽車用無(wú)級(jí)變速膠帶，汽車用齒輪帶，汽車和飛機(jī)燃料管等理想材料。我國(guó)幾乎所有的膠管廠和雜品廠都數(shù)量不等地使用NBR。 2．密封制品NBR第二大應(yīng)用領(lǐng)域是密封制品，廣泛用于航天器件、液化石油氣管道、變壓器、氣缸蓋墊片、轎車O型密封圈等方面。其中汽車用密封件約占密封制品總消費(fèi)量的50%。3．電線電纜目前，我國(guó)每年用于電線電纜制品的NBR約為1000t。4．與其他材料共混利用動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)和增容技術(shù)，可制得NBR/PP、NBR/PS、NBR/PA、NBR/PVC、NBR/CSM、NBR/ACR、NBR/BR、NBR/EPDM等共混物合金，此類新型材料具有較好的市場(chǎng)前景。NBR/PVC是1985年日本Zeon公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的。NBR/PVC可采用擠出、注塑、壓出等加工方法成型，其物性與熱固性NBR相當(dāng)，具有硬度低、彈性高、永久變型小、高溫下耐油、耐老化、耐臭氧、耐化學(xué)藥品的特點(diǎn)，同時(shí)廢邊角余料易回收利用，加工費(fèi)用可節(jié)約20%~30%，產(chǎn)品可廣泛用于汽車雨刮器、波紋管、膠管、電線電纜護(hù)套、彈性膜、墊件、緩沖件、密封件等，特別適用于對(duì)耐熱和耐油性要求苛刻的環(huán)境。在國(guó)內(nèi)，因EPDM/PP熱塑性彈性體價(jià)格較高，NBR/PVC仍是其在電線電纜中的替代品。同時(shí)也用于制造淺色模壓膠輥。性能優(yōu)良的仿革底。耐油透明鞋底，耐油類橡塑管件，NP型麻紡皮輥。NBR/尼龍?bào)w可大幅度提高硫化膠硬度、模量、耐油性。采用NBR/CSM、NBR/NR可代替部分NBR，具有明顯經(jīng)濟(jì)效益。5．膠粘劑NBR膠粘劑是結(jié)構(gòu)膠粘劑中的重要品種，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域（16~18）。上海橡膠制品研究所研制成功的JX20JX2JX212等結(jié)構(gòu)膠粘劑已廣泛用于航空、航天、電子機(jī)械等領(lǐng)域，目前研制的汽車剎車片膠粘劑已通過(guò)250℃等級(jí)的臺(tái)架試驗(yàn)，NBR膠粘劑在密封圈粘接、潛水裝備、飛機(jī)修復(fù)、運(yùn)輸帶粘接等方面已獲得了良好的使用效果。6．其他方面NBR還用于制耐油膠板、印刷膠輥、煤礦阻燃液壓膠管、油箱、油罐、盛油容器、耐油膠鞋等。 本課題研究的主要內(nèi)容及意義 本課題研究的主要內(nèi)容是用CTAB改性鈣基蒙脫土，再用膨脹劑預(yù)膨脹改性土得到層間距更大的預(yù)膨脹蒙脫土，加入到NBR中得到粘土/橡膠納米復(fù)合材料。其中，用CTAB改性蒙脫土?xí)r，主要研究了鈣基蒙脫土：:::1的改性土的方案，再用不同用量的無(wú)水乙醇膨脹改性土，加入到NBR中得到粘土/納米復(fù)合材料，再測(cè)其力學(xué)性能，得出其最佳力學(xué)性能復(fù)合材料的鈣基土、CTAB和膨脹劑的復(fù)合比，和工藝條件。本課題主要研究的意義，納米材料自上世紀(jì)80年代初問(wèn)世以來(lái)，由于其結(jié)構(gòu)上、性能上的特殊性及其潛在的應(yīng)用前景，受到各國(guó)材料工作者的密切關(guān)注，由于納米粒子較小的尺寸、大的比表面積產(chǎn)生的量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，使納米復(fù)合材料的性能優(yōu)于相同組分常規(guī)復(fù)合材料的物理力學(xué)性能，并且具有許多特殊的性質(zhì)，因此制備納米復(fù)合材料是獲得高性能材料的重要方法之一。純丁腈橡膠（NBR）的各項(xiàng)性能如力學(xué)性能、熱學(xué)性能等都沒(méi)有加入改性鈣基蒙脫土的性能優(yōu)異，但是改性鈣基蒙脫土加入到NBR中的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)橡膠的性能有很大的影響，當(dāng)加入到NBR中改性粘土能達(dá)到納米級(jí)分散（特別是達(dá)到剝離結(jié)構(gòu)時(shí)其性能最優(yōu)）時(shí)復(fù)材的各項(xiàng)性能都能得到很大的提高。但是加入到NBR中的橡膠達(dá)到納米級(jí)分散，橡膠大分子鏈插入到粘土晶片之間是很關(guān)鍵的步驟，當(dāng)晶片之間的距離達(dá)到一定的距離時(shí)橡膠大分子才能插入到晶片，改性劑對(duì)無(wú)機(jī)鈣基蒙脫土晶片之間的距離能達(dá)到一定的擴(kuò)大效果，當(dāng)用小分子膨脹劑時(shí)能使晶片之間的距離能進(jìn)一步增大，但是小分子膨脹劑加入的量大小對(duì)橡膠的性能也有很大的影響，當(dāng)膨脹劑加入過(guò)多時(shí)膨脹劑在橡膠分子中充當(dāng)增塑劑使橡膠的性能下降，但是加入的膨脹劑太少時(shí)對(duì)增大晶片之間的距離效果不明顯。調(diào)節(jié)膨脹劑的用量使粘土晶片間距增大到橡膠大分子鏈較易插入到晶片的距離，從而得到各項(xiàng)性能最優(yōu)的粘土/橡膠納米復(fù)合材料。因此，膨脹劑的用量是很關(guān)鍵的因素。2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)原料 實(shí)驗(yàn)原材料原料名稱生產(chǎn)廠家鈣基土市售無(wú)水乙醇天津市天大化學(xué)試劑廠十六烷基三甲基溴化銨天津市福晨化學(xué)試劑廠丁腈橡膠（NBR）中國(guó)石油蘭州石化公司氧化鋅天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司硬脂酸天津市大茂化學(xué)試劑廠去離子水自制硫磺市售促進(jìn)劑市售 試驗(yàn)配方 丁腈橡膠/粘土納米復(fù)合材料的配方配合劑名稱用量（份）丁腈橡膠（NBR）100粘土（按無(wú)機(jī)鈣基土計(jì)算）10硬脂酸2氧化鋅5促DM促M(fèi)1硫磺2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器 設(shè)備、儀器的廠家和型號(hào)設(shè)備名稱型號(hào)生產(chǎn)廠商電動(dòng)攪拌調(diào)速器江蘇金壇榮華儀器制造有限公司電熱鼓風(fēng)干燥箱 DZF6021上海一恒科學(xué)儀器有限公司開放式煉膠機(jī)JC3010江都市金剛機(jī)械廠電腦型無(wú)轉(zhuǎn)子密閉型硫化儀MDR2000上海登杰機(jī)器設(shè)備有限公司平板硫化機(jī)JC3012 江都市金剛機(jī)械廠拉伸撕裂試驗(yàn)機(jī)JG4000 江都市金剛機(jī)械廠掃描電鏡KYKYEM3800北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限公司X衍射儀TD3000丹東通達(dá)儀器有限公司電動(dòng)攪拌器JJ1江蘇榮華儀器制造公司沖片機(jī)CP25上?；C(jī)械四廠邵爾橡膠硬度計(jì)LXA上海六中量?jī)x廠 實(shí)驗(yàn)工藝過(guò)程 鈣基蒙脫土的改性（1） 用細(xì)篩子篩除鈣基土中的雜質(zhì)，準(zhǔn)備好去離子水（鈣基土：去離子水=1g：10ml）。（2） 把三口燒瓶裝入65℃的恒溫水槽中，安裝好攪拌機(jī)，把準(zhǔn)備好的去離子水倒入一部分于燒瓶中，開動(dòng)攪拌機(jī)，然后慢慢把稱量好的鈣基土加入到三口燒瓶中，等待分散均勻（大約20min）。（3） 按照CTAB：鈣基土為1:、1:、1:，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?，加入到分散均勻的鈣基土溶液中，充分反應(yīng)2h。（4） 反應(yīng)2h后取出靜置冷卻30min后用濾紙過(guò)濾后，倒入托盤中攤平放入50℃的烘箱中烘22h取出碾磨篩細(xì)后裝入塑料袋中備用。（5） 測(cè)試改性土的XRD圖。 有機(jī)改性土的預(yù)膨脹(1) 準(zhǔn)確稱量改性土（按無(wú)機(jī)鈣基土為12g或15g或16g稱量）記下，準(zhǔn)確量取無(wú)水乙醇（按無(wú)機(jī)土質(zhì)量：無(wú)水乙醇為1g:3—8ml準(zhǔn)確量取），再準(zhǔn)確稱量無(wú)水乙醇的重量并記下；用電子天平稱稱烘干的燒瓶、橡皮塞、攪拌棒的總重量并記下；使恒溫水浴恒溫在65℃；并記下藥品儀器的總重；稱量托盤的重量并記下。(2) 把準(zhǔn)備好的燒瓶安裝在攪拌機(jī)上并調(diào)試好，倒入準(zhǔn)備好的無(wú)水乙醇于燒瓶中開動(dòng)攪拌機(jī)調(diào)在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速下（一般在100~400轉(zhuǎn)/分），然后把稱量好的改性土慢慢加入到燒瓶中，預(yù)膨脹2h。(3) 改性土在燒瓶中預(yù)膨脹2h后停止攪拌取出倒入托盤中攤平，并記錄下托盤中的總重，在試驗(yàn)臺(tái)上放置22min后進(jìn)入溫度為50℃的烘箱中，按工藝參數(shù)的不同分別烘不同的時(shí)間。(4) 烘到一定的時(shí)間后取出托盤稱重并記下，刮下托盤中的預(yù)膨脹土，裝入自封袋中備用；并算出預(yù)膨脹過(guò)程中損失的醇和土，得出所得的預(yù)膨脹土中的醇含量。 粘土/橡膠納米復(fù)合材料的制備（1） 準(zhǔn)確割取丁腈膠（NBR）100g，計(jì)算出并稱取預(yù)膨脹土中10g無(wú)機(jī)鈣基土所對(duì)應(yīng)的預(yù)膨脹土裝入封袋中備用，準(zhǔn)確稱取各種配合劑。（2） 室溫下，將預(yù)膨脹土與NBR在雙輥開煉機(jī)上混煉，通過(guò)