Thermax N990炭黑在丁腈橡胶中的应用
Thermax中粒子热裂解法炭黑N990是一种通过天然气裂解法生产的，具有大粒径（低比表面积）、低结构的独特的炭黑。Thermax产品在赋予产品良好的耐油、耐热和耐化学性能同时，也赋予了产品的优异的动态性能。Thermax产品大粒径、低结构特点可以使混炼胶产品具有低压缩形变、高回弹性和低滞后阻力这些橡胶固有的特性。Thermax可以被用于所有的高聚物中，通常应用于FKM、CR、NR、IIR、NBR、EPDM、HNBR、ACM和ECO混炼胶中。
热裂解法炭黑是一种非补强炭黑，经常与炉法炭黑和（或）矿质填料混合以达到降低成本和提升混炼胶指定性能的作用。当它们用在丁腈橡胶和聚氯乙烯的混炼胶中时，人们发现热裂解法炭黑可以改善产品的压缩永久变形的性能，从而改善产品的密封性能。
以下研究，由印度橡胶制造研究协会受加拿大Cancarb公司委托进行的，实验展示了用N990代替全部或者部分快速挤出N550炭黑对于三种不同绍尔A硬度（60、70和80）丁腈橡胶混炼胶的影响。
配方 (phr) |
Hardness 60 SH |
Hardness 70 SH |
Hardness 80 SH |
Hardness 70 SH(High ACN) |
||||
Compound |
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
D |
|
*NBR (JSR230SL) |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
-- |
|
**NBR(JSR N 220S) |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
100 |
|
MC sulpur |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
|
Stearic acid |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
1.5 |
|
Zinc Oxide |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
N 550 |
45 |
30 |
65 |
40 |
90 |
60 |
60 |
|
N990 |
-- |
35 |
-- |
55 |
-- |
65 |
-- |
|
DOP |
10 |
10 |
10 |
10 |
20 |
20 |
10 |
|
TDQ |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
CBS |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
TMTD |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
|
胶料 |
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
D |
粘度 ML(1+4) @ 100° C |
31 |
34 |
38 |
41 |
49 |
53 |
58 |
门尼焦烧时间 t5 @ 125° C(min) |
8.09 |
8.02 |
6.28 |
5.35 |
4.38 |
4.32 |
6.11 |
|
|||||||
流变性能 @ 160° C |
|||||||
ML(lbf.inch) |
4.4 |
4.88 |
5.31 |
5.61 |
7.14 |
6.08 |
6.08 |
MH(lbf.inch) |
62.96 |
73.7 |
70.39 |
86 |
78.5 |
81.04 |
79.93 |
tS2(min) |
2.5 |
2.37 |
2.12 |
1.86 |
1.69 |
1.76 |
1.99 |
t90(min) |
12.2 |
19.93 |
11.4 |
15.62 |
4.74 |
5.86 |
16.76 |
对于各种硬度的混炼胶，混炼胶粘度有轻微增长同时门尼烧焦时间减少，炭黑的填充量分别增长20,30,35份。
胶料 |
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
D |
硫化性能- 使用硫化仪160° C 硫化 t90 minutes |
|||||||
Shore A 硬度 |
62 |
61 |
70 |
71 |
80 |
79 |
71 |
100%定伸模量(Kg/cm2) |
33 |
27 |
46 |
41 |
77 |
55 |
49 |
200%定伸模量 (Kg/cm2) |
75 |
68 |
121 |
115 |
168 |
157 |
129 |
300%定伸模量(Kg/cm2) |
140 |
132 |
186 |
174 |
212 |
_ |
205 |
拉伸强度(Kg/cm2) |
191 |
232 |
227 |
182 |
220 |
187 |
233 |
断裂伸长率% |
480 |
540 |
400 |
380 |
310 |
260 |
390 |
撕裂强度 (Kg/cm) |
43 |
43 |
49 |
45 |
45 |
45 |
57 |
压缩永久变形率 % ASTM Method B, 22 hrs/ 100° C / 25% 挠度 |
33 |
24 |
38 |
27 |
29 |
32 |
33 |
% 胶料@ 100° C 70 hours. 空气老化后物理性能改变量 |
|||||||
硬度 改变量,( points) |
+13 |
+15 |
+13 |
+13 |
+6 |
+7 |
+11 |
100 % 定伸模量, 改变量 % |
+21 |
+22 |
+46 |
+49 |
+25 |
+76 |
+33 |
200 % 定伸模量 改变量 % |
+38 |
+37 |
+45 |
+46 |
+25 |
_ |
+39 |
300 % 定伸模量 改变量 % |
+34 |
+34 |
_ |
_ |
_ |
_ |
+25 |
拉伸强度 改变量 % |
+8 |
+6 |
+8 |
+9 |
+4 |
+4 |
+5 |
断裂伸长率, 改变量 % |
-25 |
-24 |
-30 |
-31 |
-26 |
-27 |
-25 |
%胶料@ 100° C 70 hours. ASTM oil No.3老化后物理性能改变量 |
|||||||
体积膨胀率(70 hrs / 100°C)% |
+4.37 |
+3.34 |
+0.91 |
+2.93 |
-1 |
-2.54 |
-1.68 |
硬度 改变量, points |
-2 |
-2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
100 % 定伸模量, 改变量 % |
-6 |
-7 |
-2 |
0 |
+14 |
+48 |
-2 |
200 % 定伸模量, 改变量 % |
+10 |
+11 |
+13 |
+14 |
+15 |
_ |
+7 |
300 % 定伸模量, 改变量 % |
+14 |
+15 |
+16 |
14 |
_ |
_ |
+10 |
拉伸强度, 改变量 % |
-7 |
-6 |
+9 |
+14 |
-5 |
-4 |
-6 |
断裂伸长率, 改变量 % |
-21 |
-22 |
-15 |
-16 |
-23 |
-19 |
-20 |
%胶料@ 40° C 70 hours. Fuel B老化后物理性能改变量 |
|||||||
体积膨胀率(70 hrs / 40°C)% |
+22.90 |
+23.37 |
+19.10 |
+19.55 |
+13.95 |
+11.10 |
+14.96 |
硬度 改变量, points |
-8 |
-10 |
-14 |
-14 |
-12 |
-11 |
-15 |
100 %定伸模量, 改变量 % |
-21 |
-20 |
-15 |
-14 |
-21 |
-16 |
-24 |
200 %定伸模量, 改变量 % |
-5 |
-1 |
-5 |
-4 |
-4 |
-6 |
-18 |
300 % 定伸模量, 改变量 % |
-12 |
-13 |
_ |
_ |
_ |
_ |
-14 |
拉伸强度, 改变量 % |
-38 |
-38 |
-23 |
-18 |
-14 |
-13 |
-24 |
断裂伸长率, 改变量 % |
-31 |
-33 |
-30 |
-31 |
-19 |
-15 |
-25 |
总体上说，抗拉伸强度和抗撕裂强度受Thermax影响很小，Thermax加入仍能使混炼胶的这两项性能得到一个可以接受的结果。并能使产品的压缩永久变形性能得到极大提高（除去硬度为80的混炼胶性质提升不高，这是因为填料相结合导致性能只有稍微增加）
高丙烯晴NBR和中等含量丙烯腈的NBR
以上研究发现，与相似硬度高丙烯腈含量NBR（混炼胶D）相比，含有Thermax N990的中等含量的丙烯腈NBR（混炼胶B2）压缩永久变形优异。这两种混炼胶展现出相似的耐油性，含有Thermax的混炼胶展现略高的体积膨胀率。另外，含有Thermax的混炼胶更低成本由于中等含量丙烯腈的NBR具有更低的价格。
Thermax的优势
通过使用ThermaxN990 部分替代炉法炭黑，使产品的压缩永久变形率的性能有了显著提高，使产品更加适用于O型圈、密封圈、油封和胶管，这些都是NBR的主要应用范围。除此以外，混入Thermax N990可以作为一种降低混炼胶成本的方法。
最后Thermax N990由于其独特的大粒径低结构的特性，使产品在加工过程中具有生热更低（例如挤出），尤其是对于高硬度的混炼胶（绍尔硬度A高于80），因此提升加工的安全性事非常必要的