低温硫化氯丁橡胶的性能分析及应用实例_付祎晨.pdf

26付祎晨 等 低温硫化氯丁橡胶的性能分析及应用实例低温硫化氯丁橡胶的性能分析及应用实例付祎晨，韩继先，郝健男，姜睿智，张永刚（沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳 110021）摘要：为验证低温硫化氯丁橡胶的物理性能及应用适用性，按照国家标准和国家军用标准的要求，对氯丁橡胶硫化胶进行了各项理化性能测试和环境试验验证，测试了硫化氯丁橡胶的力学性能、电绝缘性、耐低温性、耐水性和耐环境性。通过试验验证，采取 12030min 低温硫化的氯丁橡胶绝缘体可以满足水下连接器产品的使用要求，成型性与贮存稳定性俱佳，可以用于制作水下产品。关键词：氯丁橡胶；低温硫化；理化性能；环境试验；水密连接器；绝缘体中图分类号：TB 324Performance Analysis and Application Example of Low Temperature Vulcanized NeopreneFU Yi-chen,HAN Ji-xian,HAO Jian-nan,JIANG Rui-zhi,ZHANG Yong-gang(Shenyang Xinghua Aviation Electric Application Limited,Shenyang 110021,Liaoning,China)Abstract:To verify the physical properties and the applicability of low-temperature vulcanized neoprene,various physicochemical performances and environmental test verifi cation of neoprene vulcanizate were carried out according to the requirements of national standards and national military standards.The mechanical properties,electrical insulation,low-temperature resistance,water resistance and environmental resiastnce of vulcanized neoprene were tested.Through test verifi cation,low-temperature vulcanized neoprene insulator which possesses good formability and storage stability molded by 12030min vulcanization is able to meet the requirements of underwater connector products.Thus the low-temperature vulcanized neoprene is suitable for underwater product fabrication.Key words:neoprene;low temperature vulcanization;physicochemical properties;environmental test;underwater electrical connector;insulator作者简介：付祎晨，工学硕士、助理工程师，主要研究方向为电连接器材料的应用；E-mail:。氯丁橡胶（Neoprene）又称氯丁二烯橡胶，是以氯丁二烯为主要原料进行-聚合，所生成的分子链为线型的弹性聚合体，具有一定的可塑性和良好的物理机械性能1，且有较高的拉伸强度、优良的耐老化性和稳定性。氯丁橡胶的粘结性好，是一种应用较早、综合性能良好、在多个领域得到使用的合成橡胶2。在进行密封结构设计时，氯丁橡胶是常用的密封结构材料3。氯丁橡胶在耐老化胶管、线束、胶粘剂、传输带、橡胶密封产品、电缆护套等领域均有应用。在水密连接器等水下产品中，氯丁橡胶用作起密封作用的耐水材料，可以满足产品对于水密、可靠性高、信号传输稳定等性能的使用要求3。对橡胶原料进行混炼的目标是要获得各项性能指标均衡、性能指标与配方规定相一致的胶料，然后方可进行后续的硫化操作，使橡胶成品质量得到保证。一般来说，氯丁橡胶混炼胶的硫化温度为 150。但由于连接器绝缘体内部的线束表皮最高耐温 120，这要求氯丁橡胶的硫化温度不高于 120。目前国内外市场中可以低温（120）硫化的氯丁橡胶混炼胶极少。本文对国产新研低温硫化的氯丁橡胶进行了性能分析，从理化性能和耐环境性两方面开展了多项试验，并与国内某 T 系列氯丁橡胶硫化胶的性能参数进行了对比，最后对其在水密连接器的应用情况进行了介绍。1 试样制备首先使用压延机的辊筒对新研低温硫化氯丁橡胶混炼胶进行挤压，使其发生塑性流动变形并提高混炼胶的质地均匀性，便于后续的硫化成型操作。然后通过千普63 吨注压机硫化胶料，工艺参数为：12030min，压强 1012MPa。该款氯丁橡胶混炼胶可在室温条件下贮存 6 个月，稳定性较好。混炼胶在 120 成型良好，橡胶流动性较好、成型压力较小，硫化后的胶片未出现粘模、欠硫、缺胶（明疤）等现象，表面无气泡、未开裂、未分层，外观较好，压制好的胶片样品无需二段硫化。2 物理性能2.1 测试方法水下连接器产品用橡胶的基本特性包括力学性能、电学性能、耐候性等，针对氯丁橡胶试片的试验项目及测试方法见表 1。表 1 中的“对比参数”为用于水下产DOI:10.16584/ki.issn1671-5381.2023.01.015合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 1 期27品的某 T 系列氯丁橡胶硫化胶的性能指标，可与待测氯丁橡胶试片的性能参数作对比。表 1 氯丁橡胶硫化胶的性能测试Table 1 Performance testing for CR vulcanizate specimens编号试验项目对比参数测试标准1拉伸强度/MPa15GB/T 5282扯断伸长率/%5003硬度/HA505GB/T 531.14撕裂强度/(kN/m)GB/T 5295表面电阻率/GB/T 16926体积电阻率/(cm)7击穿电压/(kV/mm)GB/T 16958吸水率/%GB/T 16909低温脆性/GB/T 16822.2 拉伸性能橡胶的拉伸强度是指橡胶试样被拉断时，其断裂面所承受的拉应力，表征的是橡胶抵抗（拉伸）破坏的极限能力。扯断伸长率是橡胶试样被拉断时，橡胶的伸长部分与原长度的比值4，与抗拉强度正相关，表征的是材料的塑性变形能力。拉伸性能是对橡胶制品普遍要求的性能，新研氯丁橡胶硫化的拉伸试验数据见表 2。表 2 氯丁橡胶硫化胶的拉伸性能Table 2 Tensile test data of neoprene vulcanizate specimens拉伸强度/MPa扯断伸长率/%实测值平均值实测值平均值13.813.270569813.169912.7690从表 2 可以看出，新研氯丁橡胶硫化胶试片的扯断伸长率超过了某 T 系列氯丁橡胶，新氯丁橡胶塑性变形能力更胜一筹。新研氯丁橡胶的拉伸强度略低于某 T 系列氯丁橡胶，但由于氯丁橡胶制成的零件在实际使用过程中不受到轴向拉力，服役时并没有对氯丁橡胶的拉扯，因此拉伸强度的差距可以忽略不计。且新研氯丁橡胶的拉伸强度均值为 13.2MPa，已高于 GJB 5258-2003航空橡胶零件及型材用胶料规范中大部分氯丁橡胶硫化胶的拉伸强度。因此，可以判断新研氯丁橡胶的拉伸性能足以满足基本的产品使用要求。2.3 硬度橡胶硬度是指橡胶的试样受到外力压缩时，产生的反抗变形的能力。本文所测的硬度为邵氏 A 硬度，也称邵尔（Shore A Hardness）硬度，试验时钝针压入试样表面，钝针在硬度不同的材料表面凹陷的深度不同，硬度值由测量仪的指针位置读数。经测试，氯丁橡胶硫化胶的硬度为 70HA，由表 1可知其硬度高于某 T 系列氯丁橡胶硫化胶，可以满足水下深度 1000m（水下压力为 10MPa）的粘接密封硬度要求。2.4 其他性能由于国家标准中未对氯丁橡胶硫化胶的撕裂强度、吸水率、耐低温性等性能作相应规定，且氯丁橡胶为极性橡胶，电绝缘性较差，因此氯丁橡胶的这些性能（即表 1 中的第 4 9 项）并不作为常规检测项目。为确定氯丁橡胶硫化胶的各项性能对产品的影响，本文按表 1中的试验方法，将上述试验项目的测试数据汇总于表 3中，并与某 T 系列氯丁橡胶硫化胶的测试数据进行了对比。表 3 氯丁橡胶硫化胶的各项性能Table 3 Property of CR vulcanizate specimens序号测试项目测试数据某 T 系列氯丁橡胶测试数据1撕裂强度/(kN/m)45.012表面电阻率/9.110121.0510123体积电阻率/(cm)6.310114.610104击穿电压/(kV/mm)19.613.15吸水率/%0.780.556低温脆性/-57-40撕裂是橡胶制品最常见的一种破坏形式，撕裂会导致橡胶的断裂、缺陷或局部变形。撕裂强度为在与试样主轴平行的方向上5，撕断试验方法中所规定形状的试样时所需要的最大作用力6，是表征橡胶材料的力学特性之一。本文所选取的试样为直角形。根据文献中的撕裂强度数据7，可知新研氯丁橡胶硫化胶的撕裂强度处于较高水平，具有优异的力学性能。氯丁橡胶的电学性能主要包括表面电阻率、体积电阻率和击穿电压。在水下产品中，氯丁橡胶一般用作绝缘密封材料，需要具有一定的绝缘性。由表 3 中数据可知，新研氯丁橡胶硫化胶的三项电绝缘性指标均高于某 T 系列氯丁橡胶，拥有更好的绝缘性，可以满足产品的绝缘需求。橡胶在水或水蒸气中吸水会发生软化、硬化、表面发粘等变异现象，吸水会降低橡胶的物理机械性能，从而使橡胶制品不能正常服役，比如密封制品失去弹性而老化或失去密封能力而发生密封失效。由于新研氯丁橡胶用于制作水下连接器产品，需要具备耐水性。经2572h 的吸水率测试，可知新研氯丁橡胶的质量变化率低于 1%，与某 T 系列氯丁橡胶吸水率相差无几，由吸水导致的质量变化较小，可以在水下使用。低温脆性指橡胶所处的环境温度低于某一温度时，橡胶由韧性状态变为脆性状态，很难发生塑性变形吸收能量，因此冲击吸收功明显下降8，受冲击时不发生形变而直接断裂的现象。低温脆性试验主要考察材料在低温条件下的抗冲击性能，橡胶的脆性温度即橡胶试样在冲击试验机上被撞击后发生破坏时的温度，也是橡胶失去弹性时的温度。脆性温度越低，则说明橡胶的耐低温性能越好。经测试，氯丁橡胶硫化胶试片在-57 时尚未发生脆性断裂，橡胶可以使用的温度下限远远低于水下产品-40 的边界使用温度，耐低温性能优异。3 环境试验氯丁橡胶的耐环境性主要体现在经受严苛的环境试验后的各项性能。通过橡胶绝缘体-金属接触件整体硫化成型技术，将接触件与氯丁橡胶混炼胶一体模压成型，进行了整体的粘接密封，硫化条件为 12030min。将硫化后的氯丁橡胶-接触件绝缘体组件及其他零组件进行装配后，对装配好的连接器产品进行一系列环境试验，考察制成绝缘体的新研氯丁橡胶是否可以满足水密电连接器产品规范的要求。环境试验项目及数据见表 4。28付祎晨 等 低温硫化氯丁橡胶的性能分析及应用实例表 4 环境试验结果Table 4 Environment test results编号试验项目试验方法测试数据1绝缘电阻(室温)GJB 1217A 方法3003任意接触件之间任意接触件与外壳之间1.9103 M1.9103 M2介质耐电压(室温)GJB 1217A 方法3001承受 1min 的 50Hz 电压 1000V/AC，试验件不出现绝缘击穿及飞弧现象，泄露电流不大于5mA3高温贮存(600+3，24h)试验后绝缘电阻GJB 150.3AGJB 1217A方法 3003任意接触件之间任意接触件