门尼黏度对丁腈橡胶拉伸性能的影响

  

  λ是橡胶在外界的力的作用下被拉伸到最大长度发生断裂时伸长的程度。共聚合物由于其链上单键的内旋转构象存在，使分子链卷曲起来，而当受到温度及外力作用时，获得能量的分子链段向着解卷曲、解缠绕和沿外力方向伸直的趋势增大[6]。在测定NBR拉伸强度时，随着温度上升到145 ℃且受外力拉伸时，共聚合物分子链由于解缠结，链段沿拉伸力取向，共聚合物链在拉伸力方向长度增加。同时，NBR的MV越大，相对分子质量间的作用力越大，氢键力也越大，分子链段运动越来越困难，在所有链段运动还没完成前考虑发生了断链的情况，导致λ下降。两种作用叠加后，分子间力增大使λ下降的作用大于相对分子质量增大使λ增加的作用，综合结果是λ下降。

  MV对NBR的σ影响见图1。从图1能够准确的看出，MV增加，两组NBR的σ均线性升高。对MV与σ进行线)。

  丁腈橡胶(NBR)是丁二烯和丙烯腈进行乳液共聚合制备的一种特种橡胶，因其含有腈基(—CN)而拥有非常良好的耐非极性油品和耐低芳烃类溶剂性能，大范围的应用于耐油胶管、耐油密封件和发泡材料等领域[1]。300%定伸应力(σ)、拉伸强度(τ)及扯断伸长率(λ)等拉伸性能是衡量NBR质量优劣的重要指标，受到下游加工用户的重点关注。NBR拉伸性能主要由生产装置工艺技术、原材料配方等技术路线所决定，但生胶门尼黏度(MV)和结合丙烯腈含量(BAN)等结构性指标对拉伸性能也有重要的影响[2-4]。在现有NBR装置工艺技术路线基础上，综合调节MV及BAN，使NBR拉伸性能达到最佳，对于实际生产中NBR拉伸性能精准调控具备极其重大指导意义。本文研究了MV对NBR拉伸性能如σ、τ及λ等的影响规律，为装置真实的操作调整时提供参考依据。

  [1] 赵旭涛，刘大华.合成橡胶工业手册[M].北京：化学工业出版社，2006:374.

  [2] 张传贤，火金三.丁腈橡胶[M].北京：中国石化出版社，2010:1.

  [4] 王艳秋.橡胶塑炼与混炼[M].北京：化学工业出版社，2006:116.

  【关键词】丙烯腈‐丁二烯橡胶; 门尼黏度; 定伸应力; 拉伸强度; 扯断伸长率

  MV是反映NBR组成、相对分子质量及其分布、聚合物链结构形态等综合结果的重要表观指标，基本能反映NBR共聚合物相对分子质量大小，正常的情况下，共聚合物相对分子质量越大，NBR的MV越高。橡胶定伸应力是指将试样拉伸至规定伸长率 (本文为300%)时拉力与拉伸前试样的截面积之比。300%定伸应力是反映NBR强度性能的指标，即将共聚合物分子链断裂或相互分离所需要克服的分子间力，共聚合物分子间力越大，橡胶的定伸应力就越高。NBR聚合物链属极性分子，诱导力、取向力和色散力等三种分子间力(范德华力)都存在[5]。同时，由于腈基存在，聚合物链内或链之间会形成氢键，因此，MV升高，分子链加长，腈基数量增多，氢键数增加，分子间力变大，NBR的σ越高。

  丁二烯和丙烯腈按照特殊的比例混合成碳氢相，与乳化剂、分散剂、络合物、电解质等组成的水相混合后进入聚合首釜(8～10釜串联)，在引发剂作用下进行聚合反应，在温度为3 ～12 ℃、压力为0.2～0.5 MPa(表压)、停滞时间为16～21 h时，加入一定相对分子质量调节剂进行反应，当聚合转化率达到65%～90%时，加入终止剂停止聚合反应，得到的聚合液先后脱除未反应的丁二烯和丙烯腈，在得到的NBR胶乳中加入防老剂，经凝聚、脱水和干燥，最终得到NBR产品。

  丁二烯：丁二烯质量分数不小于99.5%，乙烯基乙炔含量不大于50 mg/kg，总炔含量不大于100 mg/kg，中国石油兰州石化公司；丙烯腈：质量分数不小于99.5%，中国石油兰州石化公司。

  NBR的MV与λ的关系见图3。从图3能够准确的看出，随着MV增加，两组NBR的λ均线性下降。对MV与λ进行线)

  NBR的MV对τ影响见图2。从图2能够准确的看出，随着MV增加，两组NBR的τ均线性上升。对MV与τ进行线)。

  从式(3)和式(4)可知，MV每增加1，NBR-1和NBR-2的τ分别增加0.073 MPa和0.060 MPa。τ是指在拉伸实验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力。MV增加意味着共聚合物相对分子质量增大，分子间作用力及形成的氢键力也增大，τ也就增加。

  [5] J N 伊斯雷尔奇维利.分子间力和表面力[M].王晓琳，唐元晖，卢滇楠，译.北京：科学出版社，2014:98.

  [6] 何曼君，陈维孝，董西侠.高分子物理[M].上海：复旦大学出版社,1990:312-314.