聚硅氧烷与丁腈橡胶共混弹性体的力学性能和热性能外文翻译资料

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Mechanical and Thermal Properties of Polysiloxanes

and NBR Blend Elastomer

聚硅氧烷与丁腈橡胶共混弹性体的力学性能和热性能

Wang Yanbing, Huang Zhixiong, Zhang Liamneng, Mei Qilin

(School of Materials Scienceand Engineering,WuhanUniversityof Technology, Wuhan430070,China)

摘要：已经有一系列基于丁腈橡胶（NBR）、聚硅氧烷（PS）的弹性体被制备并通过拉伸试验、热失重（TG）和差示扫描量热法（DSC）对它们进行了表征。DMDBH（2.5-二甲基-2.5-二己烷）和DCP（过氧化二异丙苯）两种硫化剂被用来研究不同硫化剂对PS /NBR性能的影响。将PS加入到NBR后发现能够提高热稳定性并降低丁腈橡胶拉伸强度。抗拉强度显著下降，断裂伸长率明显随着PS含量的升高而增加。采用DMDBH为硫化剂的系列弹性体比使用DCP作为硫化剂的系列具有更高的拉伸强度和断裂伸长率。同时热稳定性随着PS含量的升高而增加。

关键词：丁腈橡胶；聚硅氧烷；拉伸试验；热稳定性

1 引言

聚硅氧烷因为其有高的热稳定性、不易氧化、耐化学性、完美的绝缘性、低的玻璃转化温度、低表面能、高渗透性和生物相容性等特殊性质而成为近几年研究的热点^[1,3]。它们被用于多种应用中。然而，它的机械强度由于主链中存在非极性硅氧烷键而较差^[4]。为了提升它的机械强度，有许多改良方法包括混合或互穿聚合物、使用如二氧化硅、碳黑等无机填料等方法^[5-8]已发现。而后者是修改聚硅氧烷的一个更简单的方法。

NBR（丙烯腈-丁二烯共聚物或丁腈橡胶）通常具有高的耐油和低透气性。同时由于在侧链的极性氰，它的机械强度高于聚硅氧烷。但由于丁二烯部分的不饱和，其耐老化性能受到限制^[9]。与其他聚合物的共混是改善NBR热稳定性的一个简单的方法^[10-12]。但在大多数情况下，丁腈橡胶只是作为增韧剂，共混NRS与PS却很少有文献报道。

在本文中，NBR被选为PS的加强橡胶，二氧化硅被选择作填料，通过一个二辊轧机制备了一系列的PS /NBR弹性体并对它们的拉伸性能和热稳定性进行了研究。我们试图找到PS、NBR、二氧化硅、硫化剂的最佳成分来获得较高机械性能和热稳定性的弹性体。

2 实验

2.1 材料

使用的材料是：Zhonglan Cbenguang Chemical Institute制造的聚硅氧烷（PS, 0.2% ethylene, product 110-2），Lanzhou Chemical Industry Corporation提供的丙烯腈含量33%的丁腈橡胶，Wuxi Hengheng Silica Ltd.生产的湿法二氧化硅( BET = 180-220 m2/g)，Changshu Limin Electroplate Ltd.生产的2.5-二甲基-2.5-二己烷，Shanghai Gaoqiao Chemical Ltd.生产的磷酸氢钙，武汉大学甲基硅氧烷CT化工厂生产的gamma;-aminopropyltrie-thoxysilane(gamma;-APS)，晨光化工研究院的共二元醇（GY209-3）和山东齐鲁有限公司生产的邻苯二甲酸二异辛酯（DOP）。

2.2 甲基乙烯基硅橡胶/丁腈橡胶共混弹性体的制备

首先在一个二辊开炼机中将NBR紧密研磨，然后将氧化锌，硬脂酸，甲基硅氧烷，CO二元醇、DOP、PS、gamma;-APS和硫化剂依次加入并连续研磨。将该化合物放在室温下放置24 h后用平板硫化机在10 MPa压力下150摄氏度硫化10分钟。

2.3 拉伸和热性能的测量

拉伸性能，如拉伸强度和断裂伸长率是用Instron万能材料机来测量哑形样本，测量长度为30毫米，十字头速度为50毫米/分钟，在室温和70%湿度，给定的数据是至少有四个测量的平均值。热重分析（TGA）和差示扫描量热是由德国耐驰公司的TG仪测量的。测量是在大气压下以每分钟10°C的速率从室温测到600°C。

3 结果与讨论

3.1 力学性能分析

图1和图2是不同硫化剂和PS的重量百分比对拉伸强度和断裂伸长率的影响。所有的样品表明，断裂伸长率高于50%，即表现出了更多的橡胶弹性。在这些弹性体中纯聚苯乙烯表现出最低的拉伸强度和最高的断裂伸长率。因此，NBR的加入提高了PS的拉伸强度。两张图中都可以看出，随着PS质量百分比的增加，拉伸强度明显降低而断裂伸长率提高。这是由于在聚硅氧烷主链的硅氧烷键比在NBR中的氰有更低的极性。聚硅氧烷的分子间相互作用和拉伸强度均较差，此外，CN在NBR的极性侧链可以增强分子间的相互作用。当聚苯乙烯的重量百分比为40%以上时，拉伸强度迅速下降。这是由于NBR成为了连续相，并因此确定了弹性体的性能。

两种硫化剂被用来比较它们对共混物拉伸性能的影响。随着交联度的增加，其抗拉强度和断裂伸长率增加。当硫化剂的重量百分比大于2%时，拉伸强度和断裂伸长率两者均略有增加。使用DMDBH作为硫化剂的系列共混体比使用DCP表现出更高的拉伸强度和断裂伸长率。与固态DCP相比，液态DMDBH在混合物中更易于混合，主要是因为液态DMDBH可以更好的分散。

3.2 热重分析

采用TG（热重）、DSC（差示扫描量热法）在大气压下以每分钟10℃的升温速率从30到600摄氏度对PS/NBR的热氧化行为进行了调查。PS/NBR的热重分析和DSC曲线分别示于图3，表1和图4。图3显示，在220℃以下有一个小的重量损失，导致从该系统的水和小分子增塑剂的蒸发。质量损失的速率由于主链的断裂在350到550℃之间加快，并在550℃以上开始减慢。最终的残留是由PS和丁腈橡胶的分解造成的无机混合物如硅酸盐填料、碳硅的化合物组成。可以观察到PS的含量越多， PS /NBR的剩余重量百分比就越高，这表明大气压下PS /NBR的热稳定性在较高的温度下更好。图4结果表明有两个吸热峰。第一个吸热峰出现在大约370-390℃而第二个峰出现在600℃。

从以上的拉伸和热分析，我们可以得出这样的结论：PS /NBR可以获得更高的热稳定性和拉伸性能。2%硫化剂和40% PS对 PS /NBR很适合，它的拉伸强度为5.62 MPa，断裂伸长量为381%并且有较好的热稳定性。与使用固体DCP相比，使用DMDBH作为硫化剂的系列具有更强的拉力和更大的断裂伸长率。

4 结论

1. 一系列的PS/NBR是通过一个二辊轧机和硫化机制备的。
2. 2%硫化剂和40% PS对 PS /NBR很适合，它的拉伸强度为5.62 MPa，断裂伸长量为381%，采用DMDBH作为硫化剂系列具有较强实力和较大的断裂伸长率。
3. NBR的热稳定性和热电堆稳定性可以通过添加PMVs增强。

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