氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用

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1、氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用氢化丁腈橡胶及其在汽车传动带中的应用(吴贻珍) （锡山市天益橡胶工业有限公司，江苏 无锡 214132） 摘要摘要 介绍了氢化丁腈橡胶品种牌号、性能特点、配合原理及在汽车传动带中应用情况。 关键词关键词：氢化丁腈橡胶 性能 汽车传动带 带传动 氢化丁腈橡胶（HNBR）与传统的丁腈橡胶 （NBR）相比，其分子结构中含有少量或不含碳 碳双键（C=C） ，它不仅具有 NBR 的耐油、耐磨、 耐低温等性能，而且还具有更优异的耐热氧老化、 耐臭氧、耐化学介质、良好的动态性能等，是目 前最具发展潜力的橡胶品种之一，在许多方面已 取代了氟橡胶等其它特种橡胶，已广泛地应用于

2、 汽车、油田等工业领域。尤其是汽车用传动带， 已占其用量的 50%以上。 HNBR 最早由德国 Bayer 公司于 1984 年小批 量生产，商品名为 Therban；日本 Zeon 公司也在 同年建厂生产，商品名为 Zetpol；随后加拿大的 Polysar 公司亦于 1988 年投产，商品名为 Tornac（被 Bayer 兼并，已无此牌号） ；我国兰化 公司于 1999 年开发成功，牌号：LH- 9901、LH9902。目前，世界 HNBR 总生产能力约 7 500t/a，其中日本占五成、欧洲占三成、北美占 二成。在欧洲其消耗量 55%为传动带、密封件 20%、 胶管 11%、电缆 5%

3、、其它 9%1。 1 HNBR 品种品种 国外各厂家 HNBR 商品牌号列于表 1、表 2。Zeon 的牌号前两位数字表示丙烯腈（ACN） 含量，20 和 10 分别表示 ACN 含量 36%和 44%； 后两位数字表示饱和度，数字越小饱和度越高， 反之亦然。Bayer 的牌号 A、B、C 表示饱和度为 99.5%、98%、95%，前两位数字表示 ACN 含量， 后两位数字表示门尼粘度代号。 Zeon 公司和 Bayer 公司还开发一种由 HNBR 与聚二异丁烯酸锌（ZDMA）或丙烯酸锌（ZMA）共混而成的复合体（Zeon 商品名为 ZSC，Bayer 商品名为 ART） ，具有非常高的物理机

4、械性能，在 伸长率、硬度保持不变情况下，拉伸强度可高达 50MPa，并具有高的韧性、耐油、耐磨及动态性能 2。适于制造传动带的品种有：Zeon 公司的 Zetpol 2020、Zetpol 2020L、ZSC 2295L；Bayer 公司的Therban C3446、Therban C3447、Therban VP KA 8796 等。 表表 1 Zeon 公司公司 HNBR 的商品牌号的商品牌号商品牌号ACN 含量%碘值g/100g门尼粘度ML1+4 100Zetpol 102044.02578Zetpol 101044.01085Zetpol 202036.02878Zetpol 2020

5、L36.02857.5Zetpol 201036.01185Zetpol 2010L36.01157.5Zetpol 200036.0485Zetpol 2000L36.0465ZSC 229588ZSC 2295L70表表 2 Bayer 公司公司 HNBR 的商品牌号的商品牌号商品牌号ACN 含量, RDB*%门尼粘ML1+4100Therban A3406Therban A3407Therban A4307Therban C3446Therban C3467Therban B3627Therban C4367Therban VP KA 8798Therban ART 3425*Therb

6、an VP KA 8796*343443343436421MAX 0.9MAX 0.9MAX 0.945.525.5MAX 0.963706358686660722522*双键残余量（Residual double bond content）* C3467 与 ZDMA 共混母料 2 HNBR 性能特点性能特点3 HNBR 通过配方调节，其性能可在较大范围内 变化，其典型性能如表 3 所示，其拉伸强度比 CR、NBR 高，而 ZSC 甚至达到 PU 的水平；HNBR 的 耐热空气老化性优异，并与其饱和度有关，饱和 度越高耐热越好。HNBR 在 15042d 的老化条件下扯断伸长率仍然保持 50

7、%，拉伸强度实际上未变 化、硬度（邵尔 A）只增加 11。特别是，不象 其它橡胶，温度对 NHBR 的硬度和模量影响不大， 这一点非常重要，汽车同步带要求在一定的温度 和速度范围内，带应保持初始张力下的形状，以 防带与带轮产生“时间滞后（Time lag）”现象4。HNBR 的长期动态性能稳定，试验表明，给定使用 寿命为 1000h 时，各耐油橡胶的使用温度如表 4 所示。 HNBR 还具有良好的耐臭氧、耐天候老化、耐 化学品性能，并具很好的压缩永久变形性能和溶 胀性能。HNBR 动态性能优异，如图 2，其裂口增 长明显低与 CR。HNBR 耐磨性能优越，这是由于 HNBR 具有非常高的拉伸积

8、，而拉伸积与耐磨指数 正比，因此 HNBR 是优良的耐磨橡胶材料5。表表 3 HNBR 硫化胶的代表性能硫化胶的代表性能项 目指 标硬度（邵尔 A）,度拉伸强度,MPa扯断伸长率,%100%定伸强度,MPa300%定伸强度,MPa回弹率，%压缩永久变形,%磨耗量(1.61km),cm3459013351006003205303050(室温)5356(70)15(2370h)20(15070h)25(20070h)0.030.05(室温)0.040.06(150)表表 4 4 在给定使用寿命为在给定使用寿命为 1000h1000h各种耐油橡胶的的使用温度各种耐油橡胶的的使用温度66胶 种使用温度

9、，乙烯硫脲硫化 CR硫黄硫化 NBR硫黄硫化 HNBR过氧化物硫化 HNBR苯甲酸铵硫化 ACM*1011061261501593 3 HNBRHNBR 的配合的配合HNBR 对补强剂和增塑剂用量的响应程度几乎 与 NBR 相同，只是 HNBR 达到的物理机械性能要高 些。炭黑多采用快压出等炉法炭黑，增塑剂用量 与 HNBR 对增塑剂的最大吸收能力有关（如表 5）， 一般为其最大吸收能力的 50%60% 表表 5 5 HNBRHNBR 中增塑剂的最大吸收量中增塑剂的最大吸收量增塑剂HNBR(ACN36%)HNBR(ACN44%)Fedor、s 溶解度参数增塑剂 DMP增塑剂 DEP增塑剂 DB

10、P增塑剂 DOP增塑剂 DIDP增塑剂 DOA增塑剂 DOS增塑剂 TOP增塑剂 TCP增塑剂 DBEEA氯化石蜡2352542461055836202721550172852712132812114418833410.9010.5410.079.479.348.918.798.1010.239.4311.67氢化度在 96%以下的 HNBR 可以用硫黄或过氧 化物硫化，完全氢化的 HNBR 只能用过氧化物、树 酯或高能辐射进行硫化（交联）。硫黄硫化比过 氧化物硫化具有更高的拉伸强度、伸长率、撕裂 强度和更好的动态性能，以及与织物或金属骨架 材料更高的粘合性。用过氧化物硫化，压缩永久 变形低得

11、多并极大地提高了 HNBR 的耐热性能。 HNBR 硫黄硫化一般采用低硫高促（SEV）或 硫黄给予体（EV）硫化体系。过氧化物用量为 515 份，再加 120 份助交联剂如 TAC、TAIC 或 N,N-间苯撑双马来酰胺等。硫黄硫化和过氧化物 硫化性能对比如表 56 4 4 HNBRHNBR 的粘合的粘合HNBR 由于开发时间较短,因此对其与纤维及金 属的粘合技术还处于开发研究阶段。试验表明， 采用硫黄硫化的 HNBR 胶料，其粘合性能比过氧化 物硫化要高得多，这是由于胶料中的硫元素易与 纤维或金属材料起化学反应。但是，如果采用常 规的浸胶处理技术，还是达不到满意的粘合效果。 而且由于浸渍薄膜

12、耐热性较差，难以充分发挥 HNBR 优异的耐热性能特点。用于 HNBR 粘合的纤维 粘合处理一般采用 HNBR 胶乳，这是由于 HNBR 胶 乳能够与 HNBR 母胶完全相容的缘故。当交联剂扩 散到界面上后，浸渍层和橡胶母胶产生硫化反应， 形成真正的化学粘合。表 2 为不同的胶乳对芳纶 与涤纶粘合的影响。可以看到采用 HNBR 胶乳处理 的芳纶与涤纶表表 6 6 HNBRHNBR 硫黄硫化和过氧化物硫化性能对比硫黄硫化和过氧化物硫化性能对比组分或性能EVSEV硫黄硫化过氧化物硫化HNBR硬脂酸氧化锌N550 炭黑促进剂 MBT促进剂 TMTD硫化剂 Sulfasan R硫黄促进剂 Santoc

13、ure促进剂 Pennac TM促进剂 MBTS促进剂 TMTM氧化镁硫化剂 DPCPRicon 153D硫化时间硫化时间(180),min(180),min100%定伸强度,Mpa拉伸强度,Mpa扯断伸长率,%163168h163168h 老化后老化后拉伸强度,Mpa扯断伸长率,%压缩永久变形,%10015500.522_82.420.374523.7180641001550_0.422.5_55.021.743020.5110601001550_1.5_0.51.5_55.820.726013.745701001550_10106.559.224.624023.717530的粘合性能比用其

14、它胶乳好得多。另据专利报道， 通过对 HNBR 进行化学改性如引入恶唑啉(oxazo- line)的官能团9，能使 HNBR 与玻璃纤维的粘合 力提高 41%10。5 5 HNBRHNBR 在汽车传动带应用在汽车传动带应用现代汽车由于对节能、环保、舒适、安全等的 要求越来越高，使得整个发动机室结构复杂、紧 凑， 工作时温度较高，其中的橡胶件应具有耐高温的 性能。随着发动机润滑技术的改进，润滑油中采用了新的添加剂，因此对发动机中的橡胶件的耐 油性能提出了更高的要求。另一方面，较长的维 修期，对橡胶件的耐久性的要求也越来越高。现 代汽车要求橡胶件在一定的耐油条件下能在 40150传动带是汽车重要的

15、橡胶件，包括 OHC 发动机用的表表 7 7 不同胶乳浸渍处理不同胶乳浸渍处理 Twaron1001(Twaron1001(芳纶芳纶) )和和 DiolenDiolen 163S(163S(涤纶涤纶) )对对 HNBRHNBR 剥离力影响，剥离力影响，N/2cmN/2cm纤维材料胶乳类型标准胶料硫黄硫化硫黄硫化 HNBRHNBRTwaron 1001Diolen 163STwaron 1001Diolen 163STwaron 1001Diolen 163STwaron 1001Diolen 163STwaron 1001Diolen 163S过氧化物硫化过氧化物硫化HNBRHNBRTwaron 1001Diolen 163STwaron 1001Diolen 163SVPVPNBR 27%CANNBR 27%CANNBR 32%CANNBR 32%CANNBR 45%CANNBR 45%CANHNBRHNBRVPVPNBR 45%CANNBR 45%CAN160(10)*60(0)70(0)30(0)80(0)45(0)120(0)75(0)300(40)270(40)100(0)50(0)90(0)70(0)Twaron 1001Diolen 163SHNBRHNBR220(0)235(0)*（）系剥离后附胶量时规带即同步带，汽车辅助传动用的汽车 V 带和 多楔带，以及新近发