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文 | 阿坊
编辑 | 阿坊
前言
众所周知，氢化丁睛棕胶力学性能高，具有优良的耐油性能，可在一50C-150C之间正常使用，耐老化性能优良，可用作风电主轴密封橡胶材料。
氢化丁睛橡胶在风电密封行业应用时具有独特优势，如比丁睛橡胶耐老化性能好，比氟橡胶耐低温性能好，比聚气醋橡胶动态力学性能好。配方体系对氢化丁睛棕胶各项性能有全面影响其中填料体系用作氢化丁睛橡胶补强体系时，对HNBR胶料力学性能耐压缩永久变形和耐性能有着最为重要的影响，同时也对耐热老化性能和耐油性能具有一定影响。
因此，本文就带大家一起来研究不同种类的填料在氢化丁睛橡胶中的应用探究了填料种类对风电主轴密封存胶胶料各项性能的影响，期望能为风电密封行业的发展有所支持。
实验部分
氢化丁睛橡胶，TherbanC3407两烯睛质量分数34%，门尼粘度为70，残余双键质量分数约为0.9%，密度095g/cm，德国朗盛化学品有限公司;炭黑N330，炭黑N550和炭黑N990上海卡博特炭黑有限公司;沉淀法白炭黑，H一325，山东立华新材料有限公司;高岭土，4000亩上海华仲荣工贸有限公司;二醋增塑剂，TP一95美国罗门哈斯有限公司;其他助剂均为市售惊胶工业常用原材料。
开炼机，BL6175BL型宝轮精密检测仪器有限公司;无转于硫化仪，UR-2010，优肯科技股份有限公司;平板硫化机，YXC一50型上海伟力机械厂;高温试验箱WG4501型重庆银河试验仪器公司;邵氏硬度计，LX一A型，上海六著仪器厂;测厚仪，CH-10-AT，上海六菱仪器厂;电于拉力试验机，A1一700M型台湾高科技股份有限公司;磨耗试验机，WF1689万丰检测设备有限公司。
使用开炼机混炼胶料。启动开机调小瓶距，投人生胶块，薄通5;放大菲距，待包后加入小料，包瓶混炼3min，翻3min;待全部吃粉后，左右制刀翻炼3-4次;最后加人硫化剂左右制刀翻炼3-4次;调小瓶距薄通1-2后排气;放大瓶距，下片，制得混炼胶，室温停放16h。
称取5.0g混胶片，使用无转于硫化仪测试工艺正硫化时间;称取45g左右混炼胶片，使用平板硫化机硫化试样，试样规格200mmx200mmX2mm或200mmX200mmx3mm，硫化条件175CX15MPaXts，试样室温停放16h，备用。
硬度按GB/T531.1-2008测试;拉伸强度按GB/T528一2009测试，采用亚铃形试样，拉伸速度500mm/min，测试环境温度23C士2C;撕裂强度按GB/T529一2008测试采用直角形试样，拉伸速度500mm/min，测试环境温度23士2C;压缩永久变形按GB/T7759.1一2015测试采用B型试样(直径(13士0.5)mm，高(6.3士0.3)mm;圆柱体)，测试条件100CX24h;热空气老化性能按GB/T35122014测试采用亚铃形试样试验条件100CX24:油性能按GBT1690一2010测试，采用型试样(25X50)1#标准油，试验条件100CX72h;耗性能按GBT1689一2014测试，采用条状试样，3.2士0.2。
研究结果
图1至4图为填料种类对力学性能的影响从图1至4图可看出炭黑补强HNBR时，随着炭黑粒径的增大，胶料硬度略微降低，拉伸强度下降，拉断伸长率增大，撕裂强度变化不明显。
沉淀法白炭黑补强HNBR时，胶料硬度和拉伸强度与炭黑N550补强胶料性能相差不大，但白炭黑或高岭土补强胶料的拉断伸长率均较炭黑补强胶料的高，撕裂强度与炭黑补强胶料的相差不大。
其中白炭黑或炭黑N550补强胶料的撕烈强度最高高岭土补强胶料的硬度和拉伸强度均最低。综上所述，随着炭黑粒径的降低《比表面积增大)炭黑-棕胶间的相互作用增强，炭黑-棕胶间的网络强度增强，在外力作用下不易产生滑移和变形，胶料体现出较高的硬度和拉伸强度。
白炭黑粒于通过硅烷偶联剂硅烷化之后分散到氢化丁睛胶料中，与炭黑相比，白炭黑与橡胶基体间的相互作用更多是由化学作用而非物理吸附作用产生胶料硬度和拉伸强度均较高。高岭土具有片层状结构，与橡胶的结合点较少，在外力作用下橡胶大分于易产生滑移，分于链伸展变长，拉伸强度变低拉断伸长率增高。
基于风机主轴工作环境温度不超过100C本试验相关实验温度均设定为100C。图5为填料种类对HNBR热空气压缩永久变形的影响由图5可看出，随着炭黑粒径的降低，胶料热空气压缩永久变形呈现增大趋势，其原因可能是炭黑粒径越小，其比表面积越大，炭黑表面活性点数目越多，与氢化丁睛橡胶生成的结合棕胶的量就越多;在压缩疲劳过程中的周期性应力和应变作用下，小粒径炭黑补强的HNBR硫化胶恢复变形的阻力大，表现出压缩永久变形大。
白炭黑或高岭土补强的HNBR硫化胶热空气压缩永久变形较炭黑补强硫化胶的大很多，其原因可能与白炭黑的“结构化”或高岭土的片层状结构有关。白炭黑与HNBR生成的白炭黑-HNBR网络极易结构化，这种结构在外力作用下易产生破坏且难以恢复，导致胶料压缩永久变形较大:高岭土的片层状结构在外力作用下易使已结合的棕胶大分于链产生滑移，导致胶料压缩永久变形较大。
图6至图8为HNBR胶料热空气老化后的力学性能变化。由图6至图8可看出，随着炭黑粒径的变小，HNBR硫化胶热空气老化后稳定性能增强，其原因可能是炭黑粒于表面合有较多限基，该基团能够俘获老化初期产生的自由基形成的孤电于，该孤电于对氢化丁睛橡胶的热老化稳定性极为不利:炭黑粒径小，比表面积越大，俘获孤电于的能力越强HNBR硫化胶热稳定性也就越好。
众所周知白炭黑主要成分为二氧化硅，高岭土主要成分是氧化铝和二氧化硅，其键能比碳-碳键键能高，即发生断烈时所需要的热能较高，其胶料的热稳定性较炭黑补强胶料的高。
基于风机主轴用润滑油类似于1#标准油和国家标准要求，本工作耐油性试验选用1#标准油。图9至图10为填料种类对HNBR浸油后力学性能变化的影响。由图9至图10可看出炭黑N330或炭黑N550补的HNBR硫化胶耐油性能相差不大;炭黑N990，白炭黑或高岭土补强的HNBR硫化胶拉断伸长率和体积变化率均较差其原因可能是白炭黑或高岭土粒于表面均合有很多极性基团。
加之1#标准油的极性较大，根据相似相溶原理两者的耐油性相对较差。炭黑N990粒径大于炭黑N330或炭黑N550粒径其生成的结合棕胶的量较少，在浸油情况下很容易发生小分于间油中迁移，最终导致体积减小，硬度增大耐油性较差。
风机主轴运动时具有一定的速度，其对HNBR密封件耐磨性能要求较高，本工作有必要测试HNBR硫化胶磨耗性能。图11为填料种对HNBR硫化胶磨耗性能的影响，从图11可看出，随着炭黑粒径的增大，HNBR硫化胶磨耗呈现增大趋势，其原因可能是炭黑粒径越大，其抵抗橡胶分于链运动的作用力就越大损耗作用就越高，耐磨性就越差；自炭黑或高岭土粒于表面的极性基团在偶联剂作用下与HNBR大分于的结合作用较强，其表面吸附了较多的橡胶大分于在外力作用下，橡胶大分于链运动时内摩擦较高损耗也就越高，表现出耐性较差。
结论
1.随着炭黑粒径的增大，HNBR胶料硬度略微降低，拉伸强度下降，拉断伸长率增大，炭黑N550补强胶料的撕烈强度最高:白炭黑补强胶料的性能与炭黑N550的相差不大:高岭土或白炭黑补强硫化胶的拉断伸长率较炭黑补强硫化胶的高很多。
2.随着炭黑粒径的降低，HNBR热空气压宿永久变形呈现增大趋势:白炭黑或高岭土补弹疏化胶的热空气压缩永久变形较炭黑补强的大很多。
3.随着炭黑粒径的降低HNBR硫化胶的热老化稳定性能增强:白炭黑或高岭土补强的硫化胶热稳定性较炭黑补强的硫化胶好。
4.炭黑N330或炭黑N550补强硫化胶的耐油性能较好;炭黑N990白炭黑或高岭土补强硫化胶的耐油性能较差。
5.随着炭黑粒径的增大，HNBR硫化胶耗呈现增大趋势:白炭黑或高岭土补强硫化胶的耐磨性较差。