金属氧化物和炭黑对氯丁橡胶吸水性能的影响

褚风民，申英俊(天津市橡胶工业研究所，天津，300384)

摘要：长期在水中使用的氯丁橡胶的耐水性能对其电绝缘性能及物理机械性能有着显著影响，而其耐水性能与配合剂有着密切关系。本文通过基础配合试验，制备多组样品，经过1 年的跟踪测试，考察了金属氧化物和炭黑对氯丁橡胶吸水性能的影响。结果发现，随着炭黑份数的增大，氯丁橡胶的吸水增重率增加，耐水性能下降。含有氧化锌的胶料与含有氧化铅的胶料相比，耐水性能基本相当。氧化镁对氯丁橡胶的吸水增重率有着较大影响。

关键词：氯丁橡胶;吸水性能;金属氧化物

氯丁橡胶具有优良的耐老化、耐水性能[1]，其声阻抗与水接近，因而在水下声学材料领域有着重要应用[2]。同时氯丁橡胶具有良好的粘合性能，在粘合剂方面占有突出地位，尤其是水下应用的粘合制品较多。长期应用于水下的氯丁橡胶吸水率增大，能够显著降低其电绝缘性能及物理机械性能。氯丁橡胶一般使用金属氧化物作为交联剂，同时在配合过程中一般需加入炭黑等填料，以改善胶料的工艺性能，提高胶料的定伸强度、撕裂强度及耐磨性能。由于各种交联剂和填料的性质不同，有疏水性材料也有亲水性材料，这就需要对各种主要配合剂进行配合试验，以便准确了解各材料对氯丁橡胶的吸水增重性能的影响。本文通过基础配合，制备多组样品，通过1 年时间的跟踪测试，对金属氧化物及炭黑对氯丁橡胶的吸水增重性能进行了研究，以期对改善氯丁橡胶的耐水性能的配方设计提供参考。

1·试验

1.1 主要原材料

氯丁橡胶CR，牌号A90、B30，日本电气化学工业株式会社产品;氧化锌，工业级，上海京华化工厂产品;氧化镁，工业级，上海京华化工厂产品;氧化铅，工业级，天津安明恒信橡胶商贸公司产品;炭黑，牌号N330，天津卡博特公司产品。

1.2 试验配方

试验配方见表1。

1.3 主要仪器设备

XK-160 开炼机，上海第一橡胶机械厂产品;50t 平板硫化机，上海西玛伟力橡塑机械有限公司产品;分析天平，上海天平仪器厂产品。

1.4 胶料混炼

将氯丁橡胶置于辊温为20~40℃的开炼机上薄通3~5 遍，加入防老剂、炭黑，然后加入金属氧化物，薄通5 遍后出片。

1.5 胶料硫化

在140℃的平板硫化机上，压力为15MPa 下，硫化15min。试样尺寸约为20mm×20mm×2mm。

1.6 吸水增重率的测量

将试样放置于盛有水的磨口瓶中，浸泡至规定时间(3d、11d、40d、365d)后取出，用滤纸吸取表面水份后，在分析天平上称重。称重完成后将试样重新放置于水中继续浸泡。

2 ·结果与讨论

2.1 炭黑对吸水性能的影响

配方2 与配方3 相比，炭黑份数增加了20 份，两配方的吸水增重情况见图1所示。

由图1 可以看出，随着浸泡时间的延长，与炭黑添加量较小的配方2 相比，配方3 的吸水增重更大，可见炭黑对氯丁橡胶的吸水性能有着不利影响。炭黑自身的化合水很少[3]，主要是吸附水，在水中浸泡过程中水份逐渐吸附于炭黑颗粒表面及内部空洞。随着时间的延长，炭黑的吸附水量逐渐增多。

2.2 氧化锌对氯丁橡胶吸水性能的影响

氯丁橡胶一般使用金属氧化物进行硫化交联，其中最常使用的即为氧化锌。配方3 与配方4比较了氧化锌与氧化铅对吸水性能的影响。数据见图2所示。

由图2 可以看出，氧化锌配方4 的吸水性比氧化铅配方3 稍高，考虑到氧化铅自身的毒性及对水质的污染性，耐水氯丁橡胶配方不必使用氧化铅，使用氧化锌的吸水效果与氧化铅基本相当。

2.3 氧化镁对氯丁橡胶吸水性能的影响

氧化镁自身吸水能力较强，在存放过程中一般要用PE 袋密封保存，使用前要经烘箱烘干处理。比较配方1 与5，其氧化镁份数分别为4 份、1 份，配方2 中不含氧化镁。三者的吸水曲线见图3所示。

由图3中数据可以看出，与不含氧化镁的配方2 相比，含有4 份氧化镁的配方1 的吸水增重率高2 倍以上。与含有1 份氧化镁的配方5 相比，配方1 的吸水增重率也高了近1 倍。氧化镁极易与水结合首先形成氢氧化镁，然后继续吸水，在其中形成结晶水。虽然氧化镁在氯丁橡胶中有着改善胶料焦烧性能的作用，但在长期用于水下的氯丁橡胶中不宜使用。

3· 结论

(1)随着炭黑份数的增大，氯丁橡胶的吸水增重率增加，耐水性能下降。

(2)含有氧化锌的胶料与含有氧化铅的胶料相比，耐水性能基本相当，鉴于氧化铅自身的毒性及对水质的污染性，有耐水要求的氯丁橡胶可以使用氧化锌代替氧化铅。

(3)氧化镁对氯丁橡胶的吸水增重率有着较大影响，有耐水要求的氯丁橡胶中不宜使用氧化镁。

参考文献：

[1]谢遂志,刘登祥,周鸣峦.橡胶工业手册 第一分册[M].北京: 化学工业出版社,1989:329.

[2]张殿荣,辛振祥.现代橡胶配方设计.北京: 化学工业出版社,2001:320.

[3]王梦蛟,龚怀耀,薛广智.橡胶工业手册 第二分册[M].北京:化学工业出版社,1989:284.