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文 | 阿坊
編輯 | 阿坊
前言
衆所周知，氫化丁睛棕膠力學性能高，具有優良的耐油性能，可在一50C-150C之間正常使用，耐老化性能優良，可用作風電主軸密封橡膠材料。
氫化丁睛橡膠在風電密封行業應用時具有獨特優勢，如比丁睛橡膠耐老化性能好，比氟橡膠耐低溫性能好，比聚氣醋橡膠動态力學性能好。配方體系對氫化丁睛棕膠各項性能有全面影響其中填料體系用作氫化丁睛橡膠補強體系時，對HNBR膠料力學性能耐壓縮永久變形和耐性能有着最為重要的影響，同時也對耐熱老化性能和耐油性能具有一定影響。
是以，本文就帶大家一起來研究不同種類的填料在氫化丁睛橡膠中的應用探究了填料種類對風電主軸密封存膠膠料各項性能的影響，期望能為風電密封行業的發展有所支援。
實驗部分
氫化丁睛橡膠，TherbanC3407兩烯睛品質分數34%，門尼粘度為70，殘餘雙鍵品質分數約為0.9%，密度095g/cm，德國朗盛化學品有限公司;炭黑N330，炭黑N550和炭黑N990上海卡博特炭黑有限公司;沉澱法白炭黑，H一325，山東立華新材料有限公司;高嶺土，4000畝上海華仲榮工貿有限公司;二醋增塑劑，TP一95美國羅門哈斯有限公司;其他助劑均為市售驚膠工業常用原材料。
開煉機，BL6175BL型寶輪精密檢測儀器有限公司;無轉于硫化儀，UR-2010，優肯科技股份有限公司;平闆硫化機，YXC一50型上海偉力機械廠;高溫試驗箱WG4501型重慶銀河試驗儀器公司;邵氏硬度計，LX一A型，上海六著儀器廠;測厚儀，CH-10-AT，上海六菱儀器廠;電于拉力試驗機，A1一700M型台灣高科技股份有限公司;磨耗試驗機，WF1689萬豐檢測裝置有限公司。
使用開煉機混煉膠料。啟動開機調小瓶距，投人生膠塊，薄通5;放大菲距，待包後加入小料，包瓶混煉3min，翻3min;待全部吃粉後，左右制刀翻煉3-4次;最後加人硫化劑左右制刀翻煉3-4次;調小瓶距薄通1-2後排氣;放大瓶距，下片，制得混煉膠，室溫停放16h。
稱取5.0g混膠片，使用無轉于硫化儀測試工藝正硫化時間;稱取45g左右混煉膠片，使用平闆硫化機硫化試樣，試樣規格200mmx200mmX2mm或200mmX200mmx3mm，硫化條件175CX15MPaXts，試樣室溫停放16h，備用。
硬度按GB/T531.1-2008測試;拉伸強度按GB/T528一2009測試，采用亞鈴形試樣，拉伸速度500mm/min，測試環境溫度23C士2C;撕裂強度按GB/T529一2008測試采用直角形試樣，拉伸速度500mm/min，測試環境溫度23士2C;壓縮永久變形按GB/T7759.1一2015測試采用B型試樣(直徑(13士0.5)mm，高(6.3士0.3)mm;圓柱體)，測試條件100CX24h;熱空氣老化性能按GB/T35122014測試采用亞鈴形試樣試驗條件100CX24:油性能按GBT1690一2010測試，采用型試樣(25X50)1#标準油，試驗條件100CX72h;耗性能按GBT1689一2014測試，采用條狀試樣，3.2士0.2。
研究結果
圖1至4圖為填料種類對力學性能的影響從圖1至4圖可看出炭黑補強HNBR時，随着炭黑粒徑的增大，膠料硬度略微降低，拉伸強度下降，拉斷伸長率增大，撕裂強度變化不明顯。
沉澱法白炭黑補強HNBR時，膠料硬度和拉伸強度與炭黑N550補強膠料性能相差不大，但白炭黑或高嶺土補強膠料的拉斷伸長率均較炭黑補強膠料的高，撕裂強度與炭黑補強膠料的相差不大。
其中白炭黑或炭黑N550補強膠料的撕烈強度最高高嶺土補強膠料的硬度和拉伸強度均最低。綜上所述，随着炭黑粒徑的降低《比表面積增大)炭黑-棕膠間的互相作用增強，炭黑-棕膠間的網絡強度增強，在外力作用下不易産生滑移和變形，膠料展現出較高的硬度和拉伸強度。
白炭黑粒于通過矽烷偶聯劑矽烷化之後分散到氫化丁睛膠料中，與炭黑相比，白炭黑與橡膠基體間的互相作用更多是由化學作用而非實體吸附作用産生膠料硬度和拉伸強度均較高。高嶺土具有片層狀結構，與橡膠的結合點較少，在外力作用下橡膠大分于易産生滑移，分于鍊伸展變長，拉伸強度變低拉斷伸長率增高。
基于風機主軸工作環境溫度不超過100C本試驗相關實驗溫度均設定為100C。圖5為填料種類對HNBR熱空氣壓縮永久變形的影響由圖5可看出，随着炭黑粒徑的降低，膠料熱空氣壓縮永久變形呈現增大趨勢，其原因可能是炭黑粒徑越小，其比表面積越大，炭黑表面活性點數目越多，與氫化丁睛橡膠生成的結合棕膠的量就越多;在壓縮疲勞過程中的周期性應力和應變作用下，小粒徑炭黑補強的HNBR硫化膠恢複變形的阻力大，表現出壓縮永久變形大。
白炭黑或高嶺土補強的HNBR硫化膠熱空氣壓縮永久變形較炭黑補強硫化膠的大很多，其原因可能與白炭黑的“結構化”或高嶺土的片層狀結構有關。白炭黑與HNBR生成的白炭黑-HNBR網絡極易結構化，這種結構在外力作用下易産生破壞且難以恢複，導緻膠料壓縮永久變形較大:高嶺土的片層狀結構在外力作用下易使已結合的棕膠大分于鍊産生滑移，導緻膠料壓縮永久變形較大。
圖6至圖8為HNBR膠料熱空氣老化後的力學性能變化。由圖6至圖8可看出，随着炭黑粒徑的變小，HNBR硫化膠熱空氣老化後穩定性能增強，其原因可能是炭黑粒于表面合有較多限基，該基團能夠俘獲老化初期産生的自由基形成的孤電于，該孤電于對氫化丁睛橡膠的熱老化穩定性極為不利:炭黑粒徑小，比表面積越大，俘獲孤電于的能力越強HNBR硫化膠熱穩定性也就越好。
衆所周知白炭黑主要成分為二氧化矽，高嶺土主要成分是氧化鋁和二氧化矽，其鍵能比碳-碳鍵鍵能高，即發生斷烈時所需要的熱能較高，其膠料的熱穩定性較炭黑補強膠料的高。
基于風機主軸用潤滑油類似于1#标準油和國家标準要求，本工作耐油性試驗選用1#标準油。圖9至圖10為填料種類對HNBR浸油後力學性能變化的影響。由圖9至圖10可看出炭黑N330或炭黑N550補的HNBR硫化膠耐油性能相差不大;炭黑N990，白炭黑或高嶺土補強的HNBR硫化膠拉斷伸長率和體積變化率均較差其原因可能是白炭黑或高嶺土粒于表面均合有很多極性基團。
加之1#标準油的極性較大，根據相似相溶原理兩者的耐油性相對較差。炭黑N990粒徑大于炭黑N330或炭黑N550粒徑其生成的結合棕膠的量較少，在浸油情況下很容易發生小分于間油中遷移，最終導緻體積減小，硬度增大耐油性較差。
風機主軸運動時具有一定的速度，其對HNBR密封件耐磨性能要求較高，本工作有必要測試HNBR硫化膠磨耗性能。圖11為填料種對HNBR硫化膠磨耗性能的影響，從圖11可看出，随着炭黑粒徑的增大，HNBR硫化膠磨耗呈現增大趨勢，其原因可能是炭黑粒徑越大，其抵抗橡膠分于鍊運動的作用力就越大損耗作用就越高，耐磨性就越差；自炭黑或高嶺土粒于表面的極性基團在偶聯劑作用下與HNBR大分于的結合作用較強，其表面吸附了較多的橡膠大分于在外力作用下，橡膠大分于鍊運動時内摩擦較高損耗也就越高，表現出耐性較差。
結論
1.随着炭黑粒徑的增大，HNBR膠料硬度略微降低，拉伸強度下降，拉斷伸長率增大，炭黑N550補強膠料的撕烈強度最高:白炭黑補強膠料的性能與炭黑N550的相差不大:高嶺土或白炭黑補強硫化膠的拉斷伸長率較炭黑補強硫化膠的高很多。
2.随着炭黑粒徑的降低，HNBR熱空氣壓宿永久變形呈現增大趨勢:白炭黑或高嶺土補彈疏化膠的熱空氣壓縮永久變形較炭黑補強的大很多。
3.随着炭黑粒徑的降低HNBR硫化膠的熱老化穩定性能增強:白炭黑或高嶺土補強的硫化膠熱穩定性較炭黑補強的硫化膠好。
4.炭黑N330或炭黑N550補強硫化膠的耐油性能較好;炭黑N990白炭黑或高嶺土補強硫化膠的耐油性能較差。
5.随着炭黑粒徑的增大，HNBR硫化膠耗呈現增大趨勢:白炭黑或高嶺土補強硫化膠的耐磨性較差。