丁腈橡胶（NBR）耐油性（分级指标）检测实验报告

丁腈橡胶（NBR）耐油性（分级指标）检测实验报告一、实验概述丁腈橡胶（NBR）是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合制得的一种合成橡胶，因分子链中含有极性腈基（-CN），对非极性或弱极性的油类、溶剂等具有优异的耐受性，被广泛应用于汽车、石油、化工、航空航天等领域，如制造油封、油管、密封件等。耐油性是丁腈橡胶最重要的性能指标之一，直接关系到其在实际工况下的使用寿命和可靠性。为准确评估丁腈橡胶的耐油性，本实验依据国家标准《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》（GB/T1690-2010），选取不同丙烯腈含量的丁腈橡胶试样，在标准试验油中进行浸泡试验，通过测定试样浸泡前后的质量变化率、体积变化率、硬度变化率及拉伸性能变化率等指标，对其耐油性进行分级评价。二、实验材料与设备（一）实验材料丁腈橡胶试样：选取3种不同丙烯腈含量的丁腈橡胶，分别为低丙烯腈含量（AN含量24%~30%）、中丙烯腈含量（AN含量31%~35%）和高丙烯腈含量（AN含量36%~42%），每种试样制备5个平行样。试样尺寸为：拉伸试样采用Ⅰ型哑铃状，尺寸为总长115mm，标距部分长25mm、宽6mm；硬度试样为直径29mm、厚度6mm的圆形试片；质量和体积变化试样为边长20mm的立方体。试验油：选用标准试验油IRM901（异辛烷-甲苯混合液，体积比为50:50）和IRM903（ASTM1号油），两种油分别模拟不同的油类环境。辅助材料：无水乙醇、丙酮、滤纸、镊子、游标卡尺等。（二）实验设备电子分析天平：精度为0.0001g，用于称量试样浸泡前后的质量。电子密度计：精度为0.001g/cm³，用于测定试样浸泡前后的体积。邵氏硬度计：A型邵氏硬度计，精度为1HA，用于测定试样浸泡前后的硬度。电子万能试验机：量程为0~5kN，精度为±1%，用于测定试样浸泡前后的拉伸强度和拉断伸长率。恒温水浴箱：温度控制范围为室温~100℃，精度为±0.5℃，用于控制试验油的温度。干燥箱：温度控制范围为室温~200℃，精度为±1℃，用于干燥试样。游标卡尺：精度为0.02mm，用于测量试样的尺寸。三、实验方法（一）试样预处理将所有试样在温度为（23±2）℃、相对湿度为（50±5）%的标准环境中停放至少24h，使其达到状态调节。然后用无水乙醇和丙酮依次擦拭试样表面，去除表面的油污和杂质，用滤纸吸干表面的溶剂，放置在干燥器中备用。（二）初始性能测定质量测定：用电子分析天平分别称量每个试样的初始质量，精确到0.0001g，记录为m₀。体积测定：采用排水法，用电子密度计测定每个试样的初始体积，精确到0.001cm³，记录为V₀。硬度测定：用邵氏硬度计在每个试样表面均匀选取5个点，测定其初始硬度，取平均值作为试样的初始硬度，记录为H₀，精确到1HA。拉伸性能测定：将Ⅰ型哑铃状试样安装在电子万能试验机上，以（500±50）mm/min的拉伸速度进行拉伸试验，测定试样的初始拉伸强度σ₀和拉断伸长率ε₀，精确到0.1MPa和1%。（三）浸泡试验将预处理后的试样分别放入盛有IRM901和IRM903试验油的密封容器中，试样完全浸没在油中，且试样之间、试样与容器壁之间互不接触。将密封容器放入恒温水浴箱中，设置温度为（100±2）℃，浸泡时间为72h。（四）浸泡后性能测定浸泡时间达到后，用镊子将试样从试验油中取出，立即用滤纸轻轻吸干表面的试验油，注意不要损伤试样表面。然后将试样在标准环境中停放16h~24h，使其达到状态调节，之后按照以下方法测定试样的各项性能：质量测定：用电子分析天平称量每个试样浸泡后的质量，精确到0.0001g，记录为m₁。体积测定：用电子密度计测定每个试样浸泡后的体积，精确到0.001cm³，记录为V₁。硬度测定：用邵氏硬度计在每个试样表面均匀选取5个点，测定其浸泡后的硬度，取平均值作为试样的浸泡后硬度，记录为H₁，精确到1HA。拉伸性能测定：将浸泡后的Ⅰ型哑铃状试样安装在电子万能试验机上，以（500±50）mm/min的拉伸速度进行拉伸试验，测定试样的浸泡后拉伸强度σ₁和拉断伸长率ε₁，精确到0.1MPa和1%。（五）性能指标计算质量变化率：质量变化率Δm按式（1）计算：Δm=[(m₁-m₀)/m₀]×100%（1）式中：m₀为试样初始质量，g；m₁为试样浸泡后质量，g。体积变化率：体积变化率ΔV按式（2）计算：ΔV=[(V₁-V₀)/V₀]×100%（2）式中：V₀为试样初始体积，cm³；V₁为试样浸泡后体积，cm³。硬度变化率：硬度变化率ΔH按式（3）计算：ΔH=[(H₁-H₀)/H₀]×100%（3）式中：H₀为试样初始硬度，HA；H₁为试样浸泡后硬度，HA。拉伸强度变化率：拉伸强度变化率Δσ按式（4）计算：Δσ=[(σ₁-σ₀)/σ₀]×100%（4）式中：σ₀为试样初始拉伸强度，MPa；σ₁为试样浸泡后拉伸强度，MPa。拉断伸长率变化率：拉断伸长率变化率Δε按式（5）计算：Δε=[(ε₁-ε₀)/ε₀]×100%（5）式中：ε₀为试样初始拉断伸长率，%；ε₁为试样浸泡后拉断伸长率，%。四、实验结果与分析（一）不同丙烯腈含量丁腈橡胶在IRM901油中的耐油性结果表1为不同丙烯腈含量丁腈橡胶在IRM901油中浸泡72h后的各项性能变化率。丙烯腈含量质量变化率（%）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（%）低含量+8.2±0.5+9.1±0.6-12.3±1.2-18.5±1.8-25.6±2.1中含量+5.6±0.4+6.3±0.5-8.7±0.9-12.3±1.3-18.9±1.7高含量+3.1±0.3+3.5±0.4-5.2±0.7-7.8±0.9-12.1±1.2从表1可以看出，在IRM901油中，随着丁腈橡胶丙烯腈含量的增加，试样的质量变化率、体积变化率、硬度变化率、拉伸强度变化率及拉断伸长率变化率均逐渐减小。低丙烯腈含量的丁腈橡胶质量和体积膨胀较大，硬度和拉伸性能下降明显；而高丙烯腈含量的丁腈橡胶各项性能变化较小，表现出较好的耐油性。这是因为丙烯腈含量越高，丁腈橡胶分子链中的极性腈基含量越多，与非极性的IRM901油之间的相容性越差，油分子越难渗入橡胶内部，从而导致橡胶的溶胀程度和性能变化越小。（二）不同丙烯腈含量丁腈橡胶在IRM903油中的耐油性结果表2为不同丙烯腈含量丁腈橡胶在IRM903油中浸泡72h后的各项性能变化率。丙烯腈含量质量变化率（%）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（%）低含量+5.3±0.4+6.0±0.5-9.5±1.0-14.2±1.5-20.3±1.8中含量+3.5±0.3+4.1±0.4-6.2±0.8-9.1±1.1-14.5±1.4高含量+1.8±0.2+2.2±0.3-3.5±0.6-5.3±0.8-9.2±1.0与IRM901油相比，丁腈橡胶在IRM903油中的各项性能变化率均较小。这是因为IRM903油的极性比IRM901油略高，与丁腈橡胶的相容性相对较好，但由于丁腈橡胶分子链中的腈基极性较强，仍然能够对IRM903油表现出一定的耐受性。同样，随着丙烯腈含量的增加，丁腈橡胶在IRM903油中的耐油性也逐渐提高。（三）丁腈橡胶耐油性分级评价根据国家标准《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》（GB/T1690-2010）及行业相关标准，结合丁腈橡胶的使用要求，将其耐油性分为5个等级，具体分级指标见表3。耐油性等级质量变化率（%）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级（优）≤±2.0≤±2.5≤±5.0≤±8.0≤±10.02级（良）±2.1~±5.0±2.6~±6.0±5.1~±10.0±8.1~±15.0±10.1~±20.03级（中）±5.1~±8.0±6.1~±9.0±10.1~±15.0±15.1~±20.0±20.1~±30.04级（可）±8.1~±12.0±9.1~±13.0±15.1~±20.0±20.1~±25.0±30.1~±40.05级（差）＞±12.0或＜-12.0＞±13.0或＜-13.0＞±20.0或＜-20.0＞±25.0或＜-25.0＞±40.0或＜-40.0将本实验中不同丙烯腈含量丁腈橡胶在两种试验油中的各项性能变化率与分级指标进行对比，结果见表4。丙烯腈含量IRM901油耐油性等级IRM903油耐油性等级低含量3级（中）2级（良）中含量2级（良）1级（优）高含量1级（优）1级（优）从表4可以看出，高丙烯腈含量的丁腈橡胶在两种试验油中均表现出1级（优）的耐油性，中丙烯腈含量的丁腈橡胶在IRM901油中为2级（良），在IRM903油中为1级（优），低丙烯腈含量的丁腈橡胶在IRM901油中为3级（中），在IRM903油中为2级（良）。这表明丙烯腈含量是影响丁腈橡胶耐油性的关键因素，丙烯腈含量越高，丁腈橡胶的耐油性越好。（四）试验油类型对丁腈橡胶耐油性的影响对比丁腈橡胶在IRM901油和IRM903油中的耐油性结果可以发现，在相同丙烯腈含量下，丁腈橡胶在IRM901油中的性能变化率明显大于在IRM903油中的性能变化率，耐油性等级更低。这是因为IRM901油是由异辛烷和甲苯混合而成，其中甲苯是一种强非极性溶剂，能够与丁腈橡胶分子链中的非极性部分发生溶胀作用，导致橡胶的结构和性能发生较大变化；而IRM903油是一种矿物油，极性相对较强，与丁腈橡胶的相容性较好，对橡胶的溶胀作用较弱。因此，在实际应用中，应根据丁腈橡胶接触的油类类型，选择合适丙烯腈含量的丁腈橡胶材料。五、实验误差分析（一）材料制备误差在试样制备过程中，由于模具精度、硫化工艺等因素的影响，可能导致试样的尺寸和性能存在一定的差异。为减小该误差，本实验中每种试样制备了5个平行样，并对平行样的初始性能进行了测定，确保平行样之间的性能差异在允许范围内。（二）测量误差实验过程中，电子分析天平、电子密度计、邵氏硬度计及电子万能试验机等设备的测量精度会对实验结果产生影响。为减小测量误差，实验前对所有设备进行了校准，测量时严格按照操作规程进行，每个试样的测量次数不少于3次，取平均值作为测量结果。（三）环境误差实验环境的温度和湿度对丁腈橡胶的性能有一定的影响，如温度过高或过低会导致橡胶的硬度、拉伸性能等发生变化。本实验中，试样的状态调节和浸泡试验均在标准环境中进行，温度控制在（23±2）℃，相对湿度控制在（50±5）%，有效减小了环境误差对实验结果的影响。（四）人为误差实验过程中的人为操作，如试样的擦拭、称量、安装等，也可能引入一定的误差。为减小人为误差，实验操作人员均经过专业培训，严格按照实验步骤进行操作，避免因操作不当导致实验结果出现偏差。六、结论丁腈橡胶的耐油性与其丙烯腈含量密切相关，丙烯腈含量越高，耐油性越好。高丙烯腈含量的丁腈橡胶在IRM901和IRM903油中均表现出优异的耐油性，可用于对耐油性要求较高的场合；低丙烯腈含量的丁腈橡胶耐油性相对较差，适用于油类环境较弱的工况。试验油的类型对丁腈橡胶的耐油性有显著影响，非极性较强的IRM901油对丁腈橡胶的溶胀作用更大，导致其性能变化更为明显；而极性相对较强的IRM903油对丁腈橡胶的影响较小。在实际应用中，应根据接触油类的性质选择合适的丁腈橡胶材料。本实验通过测定丁腈橡胶浸泡前后的