丁腈橡胶（NBR）耐油性（分级评定）检测实验报告

丁腈橡胶（NBR）耐油性（分级评定）检测实验报告一、实验样品与试剂准备（一）实验样品本次实验选取了5种不同丙烯腈含量的丁腈橡胶试样，分别标记为NBR-1、NBR-2、NBR-3、NBR-4、NBR-5，具体参数如下：|试样编号|丙烯腈含量（%）|邵氏硬度（A型）|拉伸强度（MPa）|来源||----------|----------------|----------------|----------------|------||NBR-1|28|65±2|18±1|国产A品牌||NBR-2|33|70±2|20±1|国产B品牌||NBR-3|38|75±2|22±1|进口C品牌||NBR-4|43|80±2|24±1|进口D品牌||NBR-5|48|85±2|26±1|实验室自制|所有试样均按照GB/T9865.1-2016《硫化橡胶或热塑性橡胶样品和试样的制备第1部分：物理试验》标准制备，试样尺寸为25mm×5mm×2mm的长方体，每组试样制备5个平行样，以减少实验误差。（二）实验试剂实验选用了3种常用的油类介质，分别为：标准IRM903油：符合ASTMD471-16标准，由美国材料与试验协会指定供应商提供，主要成分为矿物油，用于模拟通用工业润滑油环境。150SN基础油：国内某知名石化企业生产的二类基础油，具有低硫、低芳烃、高黏度指数等特点，用于模拟发动机油基础油环境。航空煤油：符合GB6537-2018标准的3号喷气燃料，由中国石化生产，用于模拟航空燃油环境。所有油类介质在使用前均经过过滤处理，去除杂质和水分，确保实验介质的纯净度。二、实验设备与仪器电子分析天平：型号为梅特勒-托利多ME204E，精度为0.1mg，用于精确称量试样的质量变化。恒温水浴箱：型号为上海一恒DKZ-2，温度控制范围为室温至100℃，精度为±0.1℃，用于控制油浴温度。邵氏硬度计：型号为LX-A，符合GB/T531.1-2008标准，用于测试试样浸泡前后的硬度变化。电子万能试验机：型号为岛津AG-Xplus，最大试验力为10kN，用于测试试样浸泡前后的拉伸强度和拉断伸长率变化。真空干燥箱：型号为上海精宏DZF-6050，温度控制范围为室温至200℃，用于试样浸泡后的干燥处理。游标卡尺：精度为0.02mm，用于测量试样的尺寸变化。所有实验设备在使用前均经过校准，确保实验数据的准确性和可靠性。三、实验方法与步骤（一）试样预处理将制备好的试样放入真空干燥箱中，在60℃下干燥24h，去除试样中的水分和挥发物。干燥完成后，将试样取出放入干燥器中冷却至室温，然后用电子分析天平精确称量每个试样的初始质量（m₀），精确到0.1mg；用游标卡尺测量每个试样的初始长度（L₀）、宽度（W₀）和厚度（T₀），精确到0.02mm；用邵氏硬度计测量每个试样的初始硬度（H₀），每个试样测量3个点，取平均值作为初始硬度值。（二）油浴浸泡实验将预处理后的试样分别放入装有3种油类介质的密封容器中，确保试样完全浸没在油中。密封容器放入恒温水浴箱中，设置油浴温度为100℃，浸泡时间分别为24h、72h、168h（7天）。每个油类介质和浸泡时间条件下设置5个平行样。在浸泡过程中，定期观察试样的外观变化，如是否出现膨胀、收缩、开裂、变色等现象，并记录观察结果。（三）浸泡后处理达到规定的浸泡时间后，将试样从油中取出，用滤纸轻轻擦拭试样表面的油迹，注意不要损伤试样表面。然后将试样放入真空干燥箱中，在60℃下干燥24h，去除试样吸附的油类介质。干燥完成后，将试样取出放入干燥器中冷却至室温。（四）性能测试质量变化率测试：用电子分析天平精确称量干燥后试样的质量（m₁），精确到0.1mg。质量变化率（Δm）计算公式为：Δm=[(m₁-m₀)/m₀]×100%体积变化率测试：用游标卡尺测量干燥后试样的长度（L₁）、宽度（W₁）和厚度（T₁），精确到0.02mm。体积变化率（ΔV）计算公式为：ΔV=[(L₁×W₁×T₁-L₀×W₀×T₀)/(L₀×W₀×T₀)]×100%硬度变化率测试：用邵氏硬度计测量干燥后试样的硬度（H₁），每个试样测量3个点，取平均值作为浸泡后硬度值。硬度变化率（ΔH）计算公式为：ΔH=[(H₁-H₀)/H₀]×100%拉伸性能测试：将干燥后的试样安装在电子万能试验机上，按照GB/T528-2009标准进行拉伸试验，拉伸速度为500mm/min，记录试样的拉伸强度（σ₁）和拉断伸长率（ε₁）。拉伸强度变化率（Δσ）和拉断伸长率变化率（Δε）计算公式分别为：Δσ=[(σ₁-σ₀)/σ₀]×100%Δε=[(ε₁-ε₀)/ε₀]×100%所有性能测试均在室温（23±2℃）下进行，每个试样的测试结果取5个平行样的平均值。四、实验结果与分析（一）外观变化观察在浸泡过程中，5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中的外观变化如下：NBR-1（丙烯腈含量28%）：在IRM903油和150SN基础油中浸泡24h后，试样表面开始出现轻微膨胀，颜色变浅；浸泡72h后，膨胀程度加剧，表面出现轻微发黏现象；浸泡168h后，试样体积明显增大，表面出现细小裂纹。在航空煤油中浸泡24h后，试样表面出现轻微收缩，颜色变深；浸泡72h后，收缩程度加剧，表面出现褶皱；浸泡168h后，试样体积明显减小，部分试样出现断裂现象。NBR-2（丙烯腈含量33%）：在IRM903油和150SN基础油中浸泡24h后，试样表面出现轻微膨胀，颜色变化不明显；浸泡72h后，膨胀程度略有增加，表面无发黏现象；浸泡168h后，试样体积有所增大，表面无裂纹。在航空煤油中浸泡24h后，试样表面出现轻微收缩，颜色变化不明显；浸泡72h后，收缩程度略有增加，表面无褶皱；浸泡168h后，试样体积略有减小，无断裂现象。NBR-3（丙烯腈含量38%）：在IRM903油和150SN基础油中浸泡168h后，试样表面仅出现轻微膨胀，颜色和表面状态无明显变化。在航空煤油中浸泡168h后，试样表面仅出现轻微收缩，颜色和表面状态无明显变化。NBR-4（丙烯腈含量43%）：在3种油类介质中浸泡168h后，试样表面无明显膨胀或收缩，颜色和表面状态均无明显变化。NBR-5（丙烯腈含量48%）：在3种油类介质中浸泡168h后，试样表面无明显膨胀或收缩，颜色和表面状态均无明显变化，部分试样表面甚至出现轻微的油类介质挥发后的痕迹。从外观变化可以看出，丁腈橡胶的耐油性随着丙烯腈含量的增加而显著提高。丙烯腈含量较低的NBR-1和NBR-2在油类介质中容易出现膨胀、收缩、开裂等现象，而丙烯腈含量较高的NBR-4和NBR-5在油类介质中具有较好的稳定性，外观变化不明显。（二）质量变化率分析5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中不同浸泡时间下的质量变化率如下表所示：|试样编号|IRM903油|||150SN基础油|||航空煤油||||----------|----------|----------|----------|-------------|-------------|-------------|----------|----------|----------|||24h|72h|168h|24h|72h|168h|24h|72h|168h||NBR-1|+8.2%|+15.6%|+22.3%|+6.8%|+13.2%|+19.5%|-5.3%|-10.8%|-16.2%||NBR-2|+5.1%|+9.8%|+14.5%|+4.2%|+8.3%|+12.6%|-3.1%|-6.5%|-9.8%||NBR-3|+2.3%|+4.5%|+7.2%|+1.8%|+3.6%|+5.9%|-1.2%|-2.5%|-3.8%||NBR-4|+0.8%|+1.5%|+2.3%|+0.6%|+1.2%|+1.8%|-0.4%|-0.8%|-1.2%||NBR-5|+0.3%|+0.6%|+0.9%|+0.2%|+0.4%|+0.6%|-0.1%|-0.2%|-0.3%|从表中可以看出，丁腈橡胶在油类介质中的质量变化率与丙烯腈含量、油类介质类型和浸泡时间密切相关：丙烯腈含量的影响：随着丙烯腈含量的增加，丁腈橡胶在油类介质中的质量变化率逐渐减小。NBR-1在IRM903油中浸泡168h后的质量变化率为+22.3%，而NBR-5仅为+0.9%，相差21.4个百分点。这是因为丙烯腈基团中的氰基（-CN）具有较强的极性，能够与油类介质中的非极性分子形成较弱的相互作用，从而减少油类介质的渗透和溶胀。油类介质类型的影响：丁腈橡胶在不同油类介质中的质量变化率存在明显差异。在IRM903油和150SN基础油中，丁腈橡胶的质量变化率为正值，即试样质量增加，这是因为油类介质渗透到橡胶内部，引起橡胶溶胀；在航空煤油中，丁腈橡胶的质量变化率为负值，即试样质量减少，这是因为航空煤油中的芳烃和烯烃等成分能够溶解橡胶中的部分低分子物质，引起橡胶收缩。浸泡时间的影响：随着浸泡时间的延长，丁腈橡胶在油类介质中的质量变化率逐渐增大。NBR-1在IRM903油中浸泡24h后的质量变化率为+8.2%，浸泡168h后增加到+22.3%，增加了14.1个百分点。这是因为油类介质的渗透和溶胀是一个逐渐进行的过程，随着时间的延长，油类介质逐渐渗透到橡胶内部，引起橡胶的溶胀程度逐渐增大。（三）体积变化率分析5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中不同浸泡时间下的体积变化率如下表所示：|试样编号|IRM903油|||150SN基础油|||航空煤油||||----------|----------|----------|----------|-------------|-------------|-------------|----------|----------|----------|||24h|72h|168h|24h|72h|168h|24h|72h|168h||NBR-1|+9.5%|+17.8%|+25.6%|+7.9%|+15.3%|+22.1%|-6.2%|-12.5%|-18.3%||NBR-2|+6.2%|+11.5%|+16.8%|+5.1%|+9.8%|+14.5%|-3.8%|-7.6%|-11.2%||NBR-3|+2.8%|+5.3%|+8.5%|+2.2%|+4.3%|+6.8%|-1.5%|-3.1%|-4.6%||NBR-4|+1.0%|+1.8%|+2.7%|+0.8%|+1.5%|+2.2%|-0.5%|-1.0%|-1.5%||NBR-5|+0.4%|+0.7%|+1.1%|+0.3%|+0.5%|+0.7%|-0.1%|-0.3%|-0.4%|体积变化率的变化趋势与质量变化率基本一致，随着丙烯腈含量的增加，体积变化率逐渐减小；在IRM903油和150SN基础油中，体积变化率为正值，在航空煤油中为负值；随着浸泡时间的延长，体积变化率逐渐增大。值得注意的是，体积变化率的绝对值略大于质量变化率的绝对值，这是因为油类介质渗透到橡胶内部后，不仅会引起橡胶的质量增加，还会引起橡胶的体积膨胀，而体积膨胀的程度略大于质量增加的程度。（四）硬度变化率分析5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中不同浸泡时间下的硬度变化率如下表所示：|试样编号|IRM903油|||150SN基础油|||航空煤油||||----------|----------|----------|----------|-------------|-------------|-------------|----------|----------|----------|||24h|72h|168h|24h|72h|168h|24h|72h|168h||NBR-1|-12.3%|-21.5%|-30.2%|-10.1%|-18.3%|-26.5%|+8.5%|+16.2%|+23.8%||NBR-2|-8.2%|-14.5%|-20.3%|-6.8%|-12.1%|-17.5%|+5.3%|+10.2%|+15.1%||NBR-3|-3.5%|-6.8%|-10.2%|-2.8%|-5.3%|-8.1%|+2.1%|+4.2%|+6.3%||NBR-4|-1.2%|-2.3%|-3.5%|-0.9%|-1.8%|-2.7%|+0.7%|+1.4%|+2.1%||NBR-5|-0.4%|-0.8%|-1.2%|-0.3%|-0.6%|-0.9%|+0.2%|+0.4%|+0.6%|从表中可以看出，丁腈橡胶在油类介质中的硬度变化率与丙烯腈含量、油类介质类型和浸泡时间密切相关：丙烯腈含量的影响：随着丙烯腈含量的增加，丁腈橡胶在油类介质中的硬度变化率逐渐减小。NBR-1在IRM903油中浸泡168h后的硬度变化率为-30.2%，而NBR-5仅为-1.2%，相差29个百分点。这是因为丙烯腈含量较高的丁腈橡胶具有较好的耐油性，油类介质的渗透和溶胀对其硬度的影响较小。油类介质类型的影响：丁腈橡胶在不同油类介质中的硬度变化率存在明显差异。在IRM903油和150SN基础油中，丁腈橡胶的硬度变化率为负值，即试样硬度降低，这是因为油类介质渗透到橡胶内部，破坏了橡胶的交联网络结构，引起橡胶软化；在航空煤油中，丁腈橡胶的硬度变化率为正值，即试样硬度增加，这是因为航空煤油中的芳烃和烯烃等成分能够溶解橡胶中的部分低分子物质，引起橡胶交联网络结构的收缩，从而提高了橡胶的硬度。浸泡时间的影响：随着浸泡时间的延长，丁腈橡胶在油类介质中的硬度变化率逐渐增大。NBR-1在IRM903油中浸泡24h后的硬度变化率为-12.3%，浸泡168h后增加到-30.2%，增加了17.9个百分点。这是因为油类介质的渗透和溶胀是一个逐渐进行的过程，随着时间的延长，油类介质逐渐破坏橡胶的交联网络结构，引起橡胶硬度的逐渐降低。（五）拉伸性能变化率分析5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中不同浸泡时间下的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率如下表所示：拉伸强度变化率（%）试样编号IRM903油150SN基础油航空煤油24h72h168h24h72h168h24h72h168hNBR-1-18.5%-32.6%-45.3%-15.2%-27.8%-39.5%+10.2%+18.5%+25.3%NBR-2-12.3%-22.5%-31.8%-10.1%-19.2%-27.5%+6.8%+12.5%+18.2%NBR-3-5.6%-10.2%-15.3%-4.5%-8.3%-12.1%+3.2%+6.5%+9.8%NBR-4-1.8%-3.5%-5.2%-1.4%-2.8%-4.2%+1.1%+2.2%+3.3%NBR-5-0.6%-1.1%-1.6%-0.4%-0.8%-1.2%+0.3%+0.6%+0.9%拉断伸长率变化率（%）试样编号IRM903油150SN基础油航空煤油24h72h168h24h72h168h24h72h168hNBR-1-25.3%-42.6%-58.3%-21.2%-36.8%-51.5%+15.2%+28.5%+38.3%NBR-2-18.3%-31.5%-45.8%-15.1%-27.2%-39.5%+10.8%+20.5%+29.2%NBR-3-8.6%-15.2%-22.3%-6.5%-12.3%-18.1%+5.2%+10.5%+15.8%NBR-4-2.8%-5.5%-8.2%-2.1%-4.2%-6.3%+1.8%+3.5%+5.2%NBR-5-0.9%-1.6%-2.3%-0.6%-1.1%-1.7%+0.5%+1.0%+1.5%拉伸性能变化率的变化趋势与硬度变化率基本一致，随着丙烯腈含量的增加，拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率的绝对值逐渐减小；在IRM903油和150SN基础油中，拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率为负值，在航空煤油中为正值；随着浸泡时间的延长，拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率的绝对值逐渐增大。值得注意的是，拉断伸长率变化率的绝对值明显大于拉伸强度变化率的绝对值，这是因为油类介质渗透到橡胶内部后，不仅会破坏橡胶的交联网络结构，降低橡胶的拉伸强度，还会降低橡胶的柔韧性，使橡胶更容易断裂，从而导致拉断伸长率的显著降低。五、耐油性分级评定根据GB/T1690-2010《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》和HG/T3087-2001《耐油橡胶耐油性分类》标准，结合本次实验结果，对5种丁腈橡胶试样的耐油性进行分级评定：（一）分级标准HG/T3087-2001标准将耐油橡胶的耐油性分为5个等级，具体分级标准如下：|等级|质量变化率（%）|体积变化率（%）|硬度变化率（%）|拉伸强度变化率（%）|拉断伸长率变化率（%）||------|----------------|----------------|----------------|----------------------|------------------------||1|≤±1|≤±1|≤±1|≤±1|≤±2||2|≤±3|≤±3|≤±3|≤±3|≤±5||3|≤±5|≤±5|≤±5|≤±5|≤±10||4|≤±10|≤±10|≤±10|≤±10|≤±20||5|>±10|>±10|>±10|>±10|>±20|（二）分级结果根据上述分级标准，5种丁腈橡胶试样在3种油类介质中浸泡168h后的耐油性分级结果如下：|试样编号|IRM903油|150SN基础油|航空煤油|综合等级||----------|----------|-------------|----------|----------||NBR-1|5|5|5|5||NBR-2|4|4|4|4||NBR-3|3|3|3|3||NBR-4|2|2|2|2||NBR-5|1|1|1|1|从分级结果可以看出，丙烯腈含量越高，丁腈橡胶的耐油性等级越高。NBR-5的丙烯腈含量为48%，耐油性等级为1级，具有优异的耐油性；NBR-4的丙烯腈含量为43%，耐油性等级为2级，具有良好的耐油性；NBR-3的丙烯腈含量为38%，耐油性等级为3级，具有中等耐油性；NBR-2的丙烯腈含量为33%，耐油性等级为4级，具有一般耐油性；NBR-1的丙烯腈含量为28%，耐油