THERMAX中粒子热裂解法炭黑N990在氢化丁腈橡胶混炼胶中的应用
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）、低结构特性的炭黑。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的压缩形变、高回弹性和低的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。
Thermax炭黑是一种非补强炭黑，使之经常与炉法炭黑还有矿质填料混合使用已达到降低成本并且提升橡胶混炼胶性能的目的。氢化丁腈橡胶具有优异的拉伸性能，即使在填充大量的中粒子热裂解法炭黑也可获得良好的机械性能。
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N550炭黑对于三种不同邵氏A硬度（60、70和80）氢化丁腈橡胶混炼胶的影响。
胶料配方
配方 (phr) |
Hardness 60 SH |
Hardness 70 SH |
Hardness 80 SH |
|||
|
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
HNBR* |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Stearic acid |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Zinc Oxide |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
FEF N550 |
20 |
-- |
35 |
-- |
65 |
25 |
Thermax® N990 |
-- |
40 |
-- |
75 |
-- |
75 |
Plasticizer TOTM |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
5 |
Akrochem VC 40K |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
Co-agent TAIC |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Naugard 445 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
1.1 |
Vulkanox ZMB2 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
测试胶料性能
胶料 |
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
粘度 ML(1+4) @ 100°C |
51 |
55 |
62 |
69 |
96 |
89 |
门尼焦烧时间 t5 @ 125°C (min) |
33 |
32 |
29 |
24 |
18 |
15 |
流变性能 @160°C |
||||||
ML (lbf.inch) |
15.08 |
15.94 |
17.14 |
18.99 |
22.36 |
20.97 |
MH (lbf.inch) |
113.50 |
122.38 |
122.73 |
136.32 |
147.60 |
152.32 |
tS2 (min) |
1.49 |
1.38 |
1.33 |
1.27 |
1.19 |
1.16 |
t90 (min) |
14.52 |
15.45 |
13.96 |
17.42 |
15.31 |
17.90 |
硫化性能 使用硫化仪160°C 硫化 90 minutes |
||||||
硬度 (Shore A) |
59 |
59 |
67 |
68 |
79 |
78 |
100% 定伸模量 (Kg/cm2) |
22 |
23 |
31 |
33 |
67 |
59 |
200% 定伸模量 (Kg/cm2) |
65 |
71 |
120 |
121 |
267 |
227 |
300% 定伸模量 (Kg/cm2) |
159 |
163 |
225 |
199 |
-- |
-- |
拉伸强度 (Kg/cm2) |
238 |
234 |
239 |
207 |
293 |
251 |
扯断伸长率 (%) |
380 |
400 |
320 |
350 |
210 |
210 |
撕裂强度 (Kg/cm) |
35 |
35 |
43 |
46 |
43 |
43 |
压缩永久变形率 % (@150°C/70hr/25% 挠度) |
25 |
23 |
17 |
16 |
22 |
18 |
邵氏硬度A为60和70的混炼胶粘度没有改变，邵氏硬度A为80的混炼胶的粘度得到改善，使得混炼胶对成型工艺的要求得到改善。在填充与N550等量甚至更多的ThermaxN990时，也不影响胶料的门尼焦烧时间和硫化性能。
使用Thermax另外一个值得注意的原因是其可以改善产品压缩形变性能。这很适合要求具有很好密封性能的制品，如密封圈、油封、O型圈和油管，这些都是氢化丁腈橡胶的典型应用领域。
胶料 |
A1 |
A2 |
B1 |
B2 |
C1 |
C2 |
% 胶料@ 150° C 72 hours. 空气中老化后物理性能改变量 |
||||||
硬度 改变量 (points) |
+4 |
+4 |
+3 |
+3 |
+5 |
+4 |
100% 定伸模量 改变量 (%) |
+18 |
+13 |
+29 |
+15 |
+49 |
+30 |
200% 定伸模量 改变量 (%) |
+23 |
+14 |
+20 |
+21 |
-- |
+5 |
300% 定伸模量 改变量 (%) |
+4 |
+0.6 |
-- |
-- |
-- |
-- |
拉伸强度 改变量 (%) |
-14 |
-17 |
+0.8 |
-5 |
-2 |
-2 |
扯断伸长率 改变量 (%) |
-8 |
-15 |
-6 |
-14 |
-9 |
0 |
% 胶料@ 150° C 72 hours. IRM 903老化后物理性能改变量 |
||||||
体积膨胀率 (%) |
+19.60 |
+17.78 |
+19.12 |
+15.72 |
+15.04 |
+15.19 |
三个级别的混炼胶在150℃下72小时的硫化性能的得到了很好的保持，只是邵氏硬度A为60和70的混炼胶的拉伸强度有微弱的降低，但是仍然处于一个可接受的范围内。另外，混炼胶的强度没有有变化。
邵氏硬度A为60和70的混炼胶的体积溶胀也得到增强。虽然因为炭黑的大量填充导致高聚物与填料的相互作用降低，邵氏硬度A为80的的混炼胶的体积溶胀得到保持，这使得这个硬度范围内很难加工混炼胶的加工性能得到改善。
Thermax产品的优势
氢化丁腈橡胶由于具有良好的耐油性和在高温下的耐化学性，同时在低温情况下也具有优异的性能从而成为一种在密封行业里被广泛应用的胶种。Thermax N990中粒子热裂解法炭黑源于加拿大Cancarb公司，N990炭黑由于可以大量填充到混炼胶中并且不降低混炼胶的性能从而成为一种优选的填料。同时由于其具有独特的大粒径、低结构的特征可以降低混炼胶成型时胶料被焦烧的危险，改善产品加工性能，降低产品的成本的同时获得理想的产品。