丙烯酸酯橡胶(ACM)发展简介

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丙烯酸酯橡胶（ACM）发展简介

1.1. 丙烯酸酯橡胶简介

丙烯酸酯橡胶（简称ACM）是以丙烯酸烷基酯为主要单体与少量交联体单体共聚而成的一类特种合成橡胶[1]。其结构如图1-1所示，由于结构上的特点，丙烯酸酯橡胶具有优良的耐热性、耐油性、抗氧化性、耐候性以及耐油性。与此同时，丙烯酸酯橡胶在力学性能和加工性能相比较氟橡胶和硅橡胶具有显著优势，价格较氟橡胶低廉。近些年来，以丙烯酸酯橡胶为基础的特种密封件、液压油管、电缆护套等在汽车、航空航天等重要领域广泛应用，显现出其日益重要的商业价值。

*

H2

C

HCCOR

O

H2C

HCX

*



图1-1.丙烯酸酯橡胶分子结构示意

Fig. 1-1. Polyacrylate Rubber molecular structure

1.2. 酯橡胶结构与性能

1.2.1.丙烯酸酯橡胶的共聚单体种类

丙烯酸酯橡胶的共聚单体可分为主单体、硫化点单体和低温耐油单体等三大类。 常用的主单体有丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯等，或者将二种以上单体进行组合，如表1-1所示[2]。侧链中酯键作为ACM的记性部分发挥总用，而且侧链链长对耐寒性影响很大。与此同时，ACM橡胶的耐寒性和耐油性也受到分子链侧酯基上烷基碳原子的数目与枝化程度的影响。随着耐寒度的增加但是耐油性变差，为了保持ACM良好的耐油性并改善其耐低温性能，便合成了一些带有极性的低温耐油单体。

例如采用丙烯酸丁酯为主单体的PBA玻璃化转变温度(Tg)为-54℃，脆性温度(Tb)为-45℃；而以丙烯酸乙酯为主单体的PEA的Tg则为-23℃，Tb为-23℃。随着侧酯基上烷基链长的增大，丙烯酸酯橡胶的玻璃化转变温度(Tg)和脆性温度(Tb)迅速下降，耐寒性提高的同时耐油性却随之下降。这是因为随着烷基院子数目的增加对侧酯基的屏蔽作用加大，使得ACM分子间作用力减小，分子链更加的柔顺，导致Tg下降[3]；

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ACM分子侧酯基上连接的基团一般都是与非极性油类相容性较好的烷基，因此随着侧酯基上烷基长度和支化程度的提高，ACM的耐油性能下降。合成丙烯酸酯橡胶过程中，根据对ACM不同的用途和性能要求，采用不同类型的单体并用，通过调节单体并用比，可以达到耐热性、耐油性和耐寒性的平衡。



表1-1丙烯酸酯橡胶主要骨架单体

Tab 1-1 Polyacrylate Rubber skeleton monomers



类型

简称

化学名称

结构

MA 丙烯酸甲酯



烷基

EA 丙烯酸乙酯



BA 丙烯酸丁酯



MEA

烷氧基

EEA

丙烯酸甲氧乙酯



丙烯酸乙氧乙酯



常用的耐油单体主要有丙烯酸烷氢醚酯、丙烯酸甲氧乙酯、丙烯酸聚乙二醇甲氧基酯、顺丁烯二酸二甲基乙酯等。在合成ACM的过程中，耐油单体常作为第三方单体（又称功能性单体）以提高ACM橡胶的性能。如加入丙烯酸甲氧乙酯(MEA)或丙烯酸乙氧乙酯(EEA)等侧链上含有醚酯基团的单体参与反应，可以提高ACM橡胶的耐低温性能，使聚合物的Tg达到-35℃。一直以来，为了提高ACM橡胶的耐低温性能和耐油性，同时保持硫化胶的较好的力学性能，国内外研究人员开始了探索新型功能性单体的制备与合成的历程。

常用的硫化点单体有含氯型的氯乙酸乙烯酯、环氧型甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基

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缩水甘油酯、羧酸型的顺丁烯单酯获衣康酸单酯等。硫化点单体按反应活性点可分为含氯型、羧酸型、环氧型和双键型等。其中目前已工业化应用的主要包括:环氧型的甲基丙稀酸缩水甘油酯、希丙基缩水甘油酯；双键型的乙叉降冰片烯；含氯型的氯乙酸乙烯酯、2-氯乙基乙烯基醚、环氯醋酸酯；羧酸型的丙烯酸、顺丁稀二酸单酯、衣糠酸单酯等。

由于丙烯酸酯的主链为饱和结构，不适宜采用常规与双键交联的硫磺等硫化体系进行交联。在橡胶分子上引入一定量的硫化点单体能够使ACM更好的进行交联反应。由于ACM中硫化点单体的含量较小，对生胶的耐油性、耐寒性和耐热性的影响甚微。但是硫化点单体的类型和用量对丙烯酸酯橡胶的硫化速度和胶料的物理机械性能均有很大的影响，因此，为了使ACM硫化胶的加工和使用性能上有更好的表现，研发新的硫化点单体以及如何在ACM上引入更多的硫化点具有重要的意义。 1.2.2.ACM的主链结构

ACM的饱和结构主链性能稳定，具有较好的耐热、耐光候、耐臭氧的性能，侧链的极性酯基带来了优异的耐油性，且燃烧时不易造成污染。这些特性决定了它是一种非常优异的耐油耐高温橡胶，具有特殊的使用价值和应用场所。

丙烯酸酯橡胶具有优良的耐热性，连续使用最高温度可达180℃，间歇或短时间最高使用温度可达200℃以上；而在热空气环境中使用数年无明显变化，其物理性能受温度影响相对其他普通橡胶较小；高温下耐热性优良，特别是在含硫及其添加剂的油类环境中表现为惰性；具有优异的抗氧化性，耐臭氧性能是许多其他普通橡胶达不到的；良好的耐候性，其制作在高温、高湿环境下能够长期保持性能稳定；良好的耐溶剂性，抗曲折龟裂性能优异；耐透气性能良好，可作为密封材料使用；高温下下耐压缩永久变形性能较好；物理性能受温度影响较小。

然而丙烯酸酯橡胶同时也存在一些缺点诸如辊筒加工性不好，会出现较为严重的粘辊筒现象；混合物不宜存储，并且伴随残臭；硫化缓慢，需要二次硫化；耐水性差；对加工模具有腐蚀；机械强度不高等。

ACM的另一个优势是其很高的性能/价格比，于高温耐油性相仿的其他橡胶相比，ACM仅为氢化丁腈橡胶（HNBR）价格的1/5、硅橡胶的1/3、氟橡胶的1/12[4]。

随着对ACM持续不断的研究，通过改性以及技术手段的革新，一些问题已经得到了逐步的改善与解决。如日本瑞翁公司解决了粘辊问题；东亚油漆公司已经有部分品种取消了二次硫化过程；日本和美国曾先后以乳液聚合法开发了自交联型ACM(EA/丙烯酰胺/N-羟甲基丁氧基甲基丙烯酰胺质量比为99/0.5/0.5)和非共轭双稀作为硫化单体的ACM，大大改进了其耐水性问题。

不同种类的ACM性能不同，影响ACM性能的主要因素有：胶料配方、硫化工艺、硫化

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部位和分子量的大小等。而配方中橡胶基体、硫化体系与增塑剂等添加剂的种类与用量不同，其性能明显不同。通过控制交联体的种类、分子量以及分子链排布方式以得到不同性能的橡胶。表1-2为市场上常见的几种ACM的基本性能，表1-3为他们在150℃ASTM3#油中，70h后的性能对比。

表1-2 不同ACM的基本性能对比

Tab 1-2 the comparison of different ACM basic performance

橡胶牌号

玻璃化温度/℃ 拉伸强度/MPa 扯断伸长率/%

扯断永久变形率/% 压缩永久变形率/%

压缩永久变形（70h/150℃）/%

AR-840 -30.3 61 8.73 452 16 77



AR-100 -15.7 70 9.58 592 12 88

AR-300 -29.0 62 10.03 408 12 73

AR-400 -37.8 57 7.87 312 8 80

表1-3 不同ACM的耐油（150℃/ASTM3#油/70h)性能对比

Tab 1-3 the comparison of different ACM oil resistant performance(150 ℃ / ASTM3 #oil/70h)

橡胶牌号 邵氏硬度变化率/% 拉伸强度变化率/% 扯断伸长变化率/% 质量变化率/% 体积变化率/%

AR-840 -37.7 -22.9 10.7 16.9 24.0



AR-100 -38.9 -1.9 2.3 15.7 21.5

AR-300 -39.7 -5.3 -17.2 16.0 22.1

AR-400 -53.2 -35.4 -25.8 28.7 39.7

1.3. 丙烯酸酯橡胶的合成与改性

1.3.1.常用的合成方法

丙烯酸酯橡胶的合成方法有乳液聚合、溶液聚合、本体聚合和悬浮聚合等，上述方法的聚合机理均为自由基聚合[5]。 A.溶液聚合法：

溶液聚合法是丙烯酸酯单体在BF3存在的条件下，以卤代烃作溶剂，形成共聚物。由于溶液聚合反应体系中单体浓度较低，产物分子量较小，目前，工业上主要采用本体聚合法合成丙烯酸酯类涂料和粘结剂。美国杜邦公司的VAMAC系列ACM橡胶产品就是采用溶液聚合的方法合成的，产品主要有无规共聚物和交替共聚物两类。溶液聚合反应中溶剂的种类对聚合产物的分子量和结构有很大的影响，同时残留在聚合产物中的溶剂，会对聚合物性能造成不利影响。由于溶液聚合法聚合条件较高、成本较高，采用此方法生产丙烯酸酯

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橡胶会越来越少。 B.乳液聚合法：

乳液聚合是目前工业上合成ACM最常用的方法[6]。该方法的特点是工艺设备简单，易于操作；所需原料易得，方便工业化生产；水为分散相，无污染，易回收。乳化体系一般包括单体、引发剂、乳化剂和稳定剂等[7]。日前市场销售的ACM橡胶产品大部分都是采用乳液聚合的方式合成的。工艺流程如图 1-3。





乳液 聚合 盐析 水洗 成品



单体、引发剂



图1-2 丙烯酸酯橡胶乳液聚合法工艺流程

Fig 1-3 Polyacrylate Rubber emulsion polymerization process



乳液聚合反应中，影响反应过程的稳定性、时效性、产品质量以及质量稳定型的因素诸多：一般选用阴离子或阴离子和非离子复合型乳化剂，不同配方对其应用方向有很大的影响；对于聚合温度的控制是控制产品质量跟性能的一个非常重要的因素；选族油性引发剂异丙苯过氧化氢对反应进行引发；在工业生产中大多选用CaCl2作为盐析剂，在实验室中则多选择盐酸与硫酸等分无机盐类作为盐析剂。

不同公司根据其生产牌号、性能和主要领域的不同，在工艺路线中选择的条件不同。例如日本东亚油漆公司为烘干产品，日本瑞翁公司采用挤出干燥工艺。 C.悬浮聚合法：

悬浮聚合体系主要包括单体、引发剂、悬浮剂和分散剂等[8]。丙烯酸酯橡胶也可以采用悬浮法聚合，但是由于悬浮聚合法合成的聚丙烯酸酯相对分子量较低，玻璃化转变温度(Tg)较高，胶粒粘性较大，易发生黏结，一般用作防水涂层，非传统意义上的橡胶材料[9]。 D.本体聚合法：

本体聚合时反应体系中没有溶剂，所以得到的产物较为纯净，操作较为简单。但是随着本体聚合反应的进行，体系粘度增大，反应热难以控制，容易发生副反应，甚至引起爆聚，所以工业上很少采用本体聚合法合成丙烯酸酯橡胶。有专利[10]报道，上海高分子功能材料研究所采用本体聚合法连续反应挤出合成丙烯酸酯橡胶。实验通过双螺杆剪切将物料分散、打薄，促进了物料与机简的热交换；同时，连续反应减少了物料的停留时间，从而减少了热积聚，客观上解决了本体聚合反应热难以控制的问题，实现了ACM的连续挤出合成11。

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1.3.2.常用的性能改善方法

改性的主要目的是突出其优势性能或者提高其综合性能。 A.硫化改性：

硫化主要是使丙烯酸酯分子链之间获这官能团之间进行交联反应以形成交联网络，用来提高其力学性能、抗环境老化性能等。硫化过程中，不同牌号的丙烯酸酯橡胶选用的硫化工艺与硫化设备不同，但在硫化过程中，最为重要的是硫化体系的选择。丙烯酸酯橡胶硫化常用的三种体系优缺点见表1-4。



表1-4 丙烯酸酯橡胶常用硫化体系和特点

Tab 1-4 Polyacrylate Rubber vulcanization system and characteristics of commonly used

硫化体系

皂/硫磺并用硫化体系

优点 缺点

胶料的热老化性能稍差； 压缩永久变形大；

硫化工艺简单，硫化速度较快；

胶料在存储过程中稳定性较好；

N,N’-二（亚肉桂基-1,6-硫化胶的热老化性能好； 己二胺）硫化体系 压缩永久变形小；

工艺稍差，会出现黏模等

现象；

硫化程度不高，往往需要二次硫化；

TCY（1,3,5-三巯基硫化速度快，可以取消二对模具腐蚀性较大 -2,4,6均三嗪）硫化体系 次硫化；

硫化胶热老化性能较好； 压缩永久变形小； B.橡胶并用改性：

共混改性是一种常用的橡胶配合方法，它能够取长补短，使ACM保留其优异的耐热和耐油性的同时改善其耐寒性，同时兼顾其加工性能和机械力学性能。

丙烯酸酯橡胶因其极优的耐热和耐油性能，被广泛应用于制造高性能汽车发动机的密封件和垫片等。与其他耐油橡胶相比，丙烯酸酯橡胶具有更好的性价比。但丙烯酸酯橡胶具有耐低温性能不佳和压缩永久变形值较大等缺点，这些缺点制约了ACM更广泛的应用。为了改善和突出丙烯酸酯橡胶的性能，将ACM与其他弹性体进行共混改性逐渐成为橡胶加工应用领域的研究热点。

不同类型的ACM由于主链结构的不同，使得物理性能各有特点,由于极性相近，同时具有良好的相容性、共硫化性。根据相似相容原理，两种橡胶组织易互溶。因此可以通过两种丙烯酸酯橡胶的共混进行改性，按耐寒性不同ACM分为标准型（脆性温度-12℃）、耐寒型（-24℃）、超耐寒型（-35℃）。例如标准型ACM耐热、耐油以及物理性能较好，但是耐低温性能差。而超耐寒型ACM耐低温性能较好，可是耐油性比较差，胶料的物理性

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能也较差，将这两类ACM共混，胶料的综合性能可以得到改良。因此在要求耐热、耐油而且耐低温的应用场合，两种ACM共混胶料所具有的良好的综合性能完全可以满足要求。

橡胶共混除了要考虑共混物的相容性(共混的橡胶极性要相近)之外，还需要考虑共混橡胶的共硫化问题。丙烯酸酯橡胶是以丙烯酸烷基酯为主单体，与硫化点单体共聚而成的特种合成橡胶。目前已经商品化的ACM所含的交联点主要有活性氯原子、羧基和环氧基团等，不同的交联点需要不同的硫化体系。活性氯型ACM常用皂/硫磺硫化体系硫化，羧基型ACM和环氧型ACM则适合季铵盐类硫化剂。当共混的两种橡胶硫化速度不一致时，就会出现硫化速度快的橡胶相过度交联，而硫化速度慢的橡胶相交联程度不够。因此，以ACM为基体的橡胶共混研究的关键是找到合适的硫化体系使两种橡胶发生共硫化。

ACM与NR共混能获锝优异的耐低温性能，Wootthikanokkhan等人

[12、13、14]

对NR/ACM共

混物做了一系列的研究。实验采用硬脂酸钠和硫磺为硫化剂，在促进剂(巯基苯并噻唑)和活化剂(氧化锌和硬脂酸)的作用下对活性氯型ACM进行硫化。实验还研究了一种新型增容剂(聚异戊二烯-丙烯酸丁酯)，该聚合物对ACM/NR有良好的增容作用，提高了ACM／NR共混物的力学性能。

丙烯酸酯橡胶与丁腈橡胶(NBR)[15、16、17、18]的共混改性可以改善其拉伸性能与加工性能，丁腈橡胶具有优异的耐油性、耐候性和耐磨性，同时价格相对较低，是制造汽车耐油密封件最常用的橡胶材料之一。随着汽车行业的迅速发展，NBR的耐热性能已经不能满足日趋提高的发动机速度和气缸燃油温度的要并能降低橡胶成本。研究表明，ACM／NBR采用TCY／S／促进剂硫化体系硫化，共混物的拉伸强度、耐寒性能和加工性能得到改善，压缩永久变形值下降。

氟橡胶(FKM)[19、20、21]是指侧链上含有氟原子的一类饱和特种合成橡胶，它具有耐高温、耐油、耐溶剂及良好的阻燃性等特点，能在250℃下长期工作，常应用于国防、航空飞机、汽车等特殊要求的高温耐油密封领域。但是FKM存在耐低温性能不佳，弹性差，价格高等缺点，在一定程度上制约了它的推广应用。ACM耐热性能略逊于FKM，耐油性能与之相当，但其价格仅为FKM的1／10，因此，在FKM中并用适量的ACM，既能保持材料的耐高温和耐油性能，又能大大降低成本，得到新型耐热、耐油的共混橡胶制品，具有很好的应用前景。

硅橡胶耐高低温性能较好，但是耐油性较差。与"冷脆热粘"的ACM共混后，使ACM耐寒性、耐热性明显提高，能够得到耐高低温和耐油性之间平衡。此外，ACM为强极性橡胶、而硅橡胶为弱极性橡胶，两种橡胶的相容性差、硫化速度慢，日本合成橡胶公司在对ACM和硅橡胶共混改性进行混容性及共硫化研究中，采用N,N-间亚苯基马来酰亚胺作为硫化助剂，硫化剂为1,4-双特丁基过氧化异丙苯，最终开发出理想的共混胶（QA）。该种共混胶表现出良好的耐油和耐高低温的综合性能，具有较佳的性价比。丙烯酸酯橡胶与硅橡胶共混改性能够显著提高耐高温性能，得到耐温、耐油料腐蚀性能综合平衡的产品。

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除此之外，ACM还经常和氯醚橡胶等共混，ACM与氯醚橡胶共混可以改善ACM胶料耐寒性、耐水性、弹性和拉伸强度以满足实际橡胶制品的实用要求。这两种橡胶交联基团均为活性氯，硫化体系相同，共混后不会引起胶料的物理性能下降，氯醚橡胶与ACM结构相似，相容性较好，氯醚橡胶耐热性不亚于ACM，并具有较好强拉伸性能和耐寒性。可以采用氧化锌、氧化镁和2-羟基咪唑啉作为硫化体系。 C.橡塑共混改性

由于ACM是饱和橡胶，侧链含有不同的交联点。在熔融过程中，这些交联点可以与其他聚合物的官能团进行反应，生成接枝共聚物或者作为各相之间的桥梁，在相界面之间形成交联网络。这个过程被称为反应性增容，能够降低界面张力，提高界面附着力。因此该类共混物都有一个良好的物质形态，有助子共混物整体性能的改进。

为了获得更优的耐油性能和耐热性能，文献中有许多以ACM为弹性相与热塑性塑料共混制备热塑性弹性体的研究。主要包括与尼龙(PA)，聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和氯化聚丙烯(CPP)等共混。很显然，以上所有共混物中，热塑性组分都是极性的，根据“相似相容”原理，它们与同为极性的ACM有良好的亲和性。ACM与PA和PET共混时，ACM碳链上交联点单体中的环氧基团分别与PA的氨基和PET上的羧基发生反应，在相界面之间形成了有效的交联键。对极性相差较大的塑料与ACM来说，加入合适的相容剂，也能有效的提高共混物的综合性能。B.G Soares等人制备了马来酸酐改性的PP(PP-g-MA)与ACM的共混物，研究了三乙烯四胺(TETA)对共混物的增容作用。实验证明，TETA起到了有效的增容作用，共混物获得了优异的物理机械性能，特别是拉断伸长率和压缩永久变形性能得到了很大的提高。

改善弹性体性能和热塑性塑料可加工性的还可以通过的方法是，在橡胶与热塑性塑料熔融共混的过程中，加入合适的硫化剂，使橡胶相发生动态硫化，在剪切力的作用下，橡胶相破碎分散在塑料基体中，形成热塑性硫化橡胶(TPV)。目前，国内外有关ACM为橡胶相的TPV的研究较少。美国瑞翁公司推出的PA/ACM热塑性动态硫化橡胶是目前仅有的丙烯酸酯橡胶系TPV工业化产品。据报道，该类TPV能在150℃下长期与汽车燃油、变压器流体和润滑脂接触，并且其脆性温度能够达到-40℃。 1.3.3.添加剂改性

通过添加各类添加剂对丙烯酸酯橡胶进行改性，能够明显的改善橡胶的耐老化、强度以及加工性能。如通过添加润滑剂以改善胶料在混炼加工时的散热性能，改善胶料的流动加工性能；加入防焦剂防止混炼时焦烧现象的发生；加入金属氧化物吸收硫化过程中产生的部分酸性气体，消除酸性气体对硫化过程的不利影响等。 A.利用补强剂改善性能[22、23]

由于丙烯酸酯橡胶多是非结晶橡胶，未经补强的生胶强度极低，往往低于10MPa，无

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法正常使用。炭黑和白炭黑作为橡胶材料最常用的补强体系，对ACM也有很好的补强效果。使用补强机后拉伸强度、撕裂强度明显提高。研究发现，与炭黑相比，白炭黑补强的硫化胶拉伸强度较低，但耐热性能好和压缩永久变形值小。粒径小的炭黑补强效果好，但压缩永久变形值较大，为了获得综合性能优异的硫化胶可以采用不同粒径的炭黑并用作为补强剂，如利用高耐磨炭黑、喷雾炭黑等混合使用效果更优。 B.利用防老剂改善性能

由于ACM主链为饱和碳链，具有优异的耐高温性能，常规条件下使用不需要加防护体系。但是，由于丙烯酸酯橡胶经常工作在高温、低温与油脂环境下，故为了延长使用寿命在ACM油封材料配方设计时需要添加一定量的防老剂。对防老剂的基本要求是：在高温下不挥发、油环境下不容易析出。

国外有美国尤尼罗伊尔公司防老剂Naugard 445和日本的Ouchi Shinko公司的防老剂Nocrac 630F；国内主要销售的防老剂是Naugard 445。吴伟通过研究不同类型的防老剂对国产ACM的性能影响发现，防老剂445和国产防老剂BLE具有优异的抗老化性能[24]。四川青龙丙烯酸酯橡胶厂生产的防老剂TKl00对活性氯型ACM具有良好的耐热老化性能，适用在高于150℃的条件下使用[25]。 C.利用增塑剂改善性能

由于ACM主要应用于汽车耐油密封制品，长期在高温油介质中使用，因此增塑剂的选择不仅要考虑耐寒性能，也要兼顾耐热和耐油性能。增塑剂不仅可以降低橡胶的玻璃化转变温度Tg，改善橡胶的低温性能和加工性能，还可以改善耐油性和胶料的流动性能。同时，增塑剂的选择标准要着重考虑增塑剂在实验油中的析出性、在热空气中的挥发性以及对年度降低的影响。

张丽芳等人研究了新型增塑剂RPL-1对活性氯型ACM的增塑效果，并与其他常用增塑剂(DOP、DOA和TP95)进行了对比。研究发现，与DOP和DOA相比，醚酯类增塑剂的TP95和RPL-1与ACM相容性好，并且具有很好的增塑效果。添加增塑剂后，硫化胶的耐油性能提高，耐热性能有不同程度的下降26。

[]

1.4. 丙烯酸酯橡胶的加工特性

ACM胶料不需塑炼，直接进行混炼，和其他特种橡胶一样，可采用班伯里密炼机、肖氏密炼机、捏合机和开炼机进行混炼。丙烯酸酯橡胶硫化速度较慢，而且易焦烧。因此硫化剂需要在聚合物与填充剂混炼后，进一步对胶料进行冷却处理，避免辊温过高，在热量较低的状态下才能够加入。

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1.4.1.丙烯酸酯的粘着性

丙烯酸酯橡胶在混炼时由于未硫化胶强度低，存在粘着性问题，易粘辊。添加适当的加工助剂能够有效的解决。例如：脂类石蜡、磷酸酯、脂肪酸金属盐、非水溶性特殊脂肪酸酯混合物等。在添加配合剂的同时应注意喷霜、硫化特性变差等问题的发生。此外，混炼温度的设定也是比较重要的一个方面。添加了增塑剂后使得胶料粘度下降，其粘着性上升，因此希望能够在尽可能低的温度下进行操作。 1.4.2.炭黑配合

由于丙烯酸酯橡胶侧链聚合物结构中侧链的体积比主链大，所以纯胶的强度往往比较低。为了提高橡胶的强度最好选用粒径较小，DBP吸油值较低的炭黑。与此同时，随着炭黑粒径的减小，容易产生混炼时间延长、增大了对密炼室的粘着性。因此要根据合适的使用情况和选择具体的炭黑种类。 1.4.3.白色填充剂配合

丙烯酸酯橡胶的白色配合大多用于密封和要求高体积电阻的用途。常用的填充剂有白炭黑、陶土以及滑石粉等。同时填充剂的物理特性如PH值对硫化剂行为影响较大，根据硫化剂种类选择适宜的填充剂是十分必要的。

此外在使用环氧类丙烯酸酯橡胶的场合中，当于炭黑配合胶料的硫化特性比较时，由于交联反应性较低，所以硫化胶性能较差。从加工性能、硫化特性的均衡来讲，采用以活性氯类丙烯酸酯橡胶为基的金属皂/硫磺硫化的配合体系较为适宜。硅烷偶联剂的使用在提高硫化物性上是十分有效的，与此同时对胶料的焦烧稳定性和贮存稳定性有较大的影响，随着配合体系的差异，其影响效果也是不同的，所以选择时应该多方位考虑。 1.4.4.丙烯酸酯橡胶的挤出加工

丙烯酸酯橡胶的挤出加工性能优良，挤出量大、膨胀小并且表面光滑。通常丙烯酸酯橡胶的挤出采用冷喂料方式进行，机筒温度在60℃左右、鸡头和口型温度保持在80℃~100℃范围时，就可以得到性能均一的挤出品。 1.4.5.丙烯酸酯橡胶的硫化成型

丙烯酸酯橡胶与其它橡胶一样可以采用模压成型、注压成型等方法进行成型加工。通

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常采用二段硫化来实现最佳的硫化特性，得到合适的交联密度。二段硫化条件因硫化剂的选择和要求的特性而有所不同，通常采用150℃下硫化8~16小时是比较适宜的。当采用高温短时间硫化时，可分别选择160℃*4~10h、170℃*2~6h、180℃*1~3h，三种不同的硫化条件。高温下二段硫化使物性下降较大，所以应尽量避免高温硫化。 1.4.6.模具的污染与金属腐蚀

对丙烯酸酯橡胶而言，能够污染模具的主要因素是其硫化体系，影响金属腐蚀的主要因素是交联点单体的种类。活性氯类丙烯酸酯橡胶易产生腐蚀性，但是对于铝板没有明显的腐蚀性，对于铜板，各种丙烯酸酯橡胶都能表现出明显的腐蚀性。

模具的污染受到硫化条件的影响。而且因模具的材质跟金属表面的性质而使得模具污染程度的不同。可以选择粘着性低的聚合物和喷霜、迁移性小的配合剂等方法。

配合上添加防腐剂对于减少模具的腐蚀是十分有效的对策，例如，实用十二碳烯琥珀酸酐等能够有效改善丙烯酸酯橡胶的腐蚀性。与此同时应该注意添加配合剂后可能出现的喷霜，硫化特性下降等问题。 1.4.7.脱模特性

丙烯酸酯橡胶的脱模易受到硫化条件、制品形状、模具材料的性质和金属表面的影响。硫化条件对交联密度、撕裂强度的影响非常明显，因此硫化时间跟温度的最佳化也是非常重要的。此外，配合上可以添加加工助剂获得脱模性的改善，为了避免模具的污染，应该选择添加少量脱模效果大的加工助剂。



1.5. 丙烯酸酯橡胶的应用

丙烯酸酯橡胶由于具有优良的耐油性能、耐候性能等，通过不同的单体合成与改性方法，制成的丙烯酸酯橡胶在航空航天、建筑、机械制造、涂料等行业，特别是在汽车工业中的应用占有极高比例。 1.5.1.汽车行业

随着汽车工业的急速发展，对高性能零件的材质要求也更加苛刻，丙烯酸酯橡胶因具有符合要求的优良性能，丙烯酸酯橡胶在汽车行业的应用主要有：轴封，包括前后曲轴、操作手柄、小齿轮轮、变速器、曲轴油封、转换油封、阀杆油封等：变速器中的活塞密封、

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立式离合器以及变速箱手动操纵杆密封；阀杆密封、O型圈密封、支重轮密封；气缸垫、油盘垫、减振器垫；空气管包括空气控制管、空气导管；油管包括油冷却管、扭矩转换器管、动力装置管等[27]。 1.5.2.航空航天行业

由于航空与航天器对材料的温度要求较高，丙烯酸酯橡胶以及较高的耐温性被广泛应用于各种密封垫等密封材料。 1.5.3.机械制造业

对于各种机械特别是精密机械，丙烯酸酯橡胶制品广泛应用于散热器、加热器的各种软管：点火线和电工用垫以及导线护套：各种机械的火花塞盖等。 1.5.4.建筑行业

主要用于钢筋混凝土和建筑的屋面、阳台和外墙的防水。 1.5.5.其他领域

丙烯酸酯橡胶还应用于高压电力电缆和地下掩埋电缆护套、电器制件的胶辊、传动带、胶管和建筑涂料等，同时还广泛应用于传输带和油罐的衬里。



1.6. 丙烯酸酯橡胶种类以及发展动态

丙烯酸酯橡胶的发展已有较长的历史。早在1912年德国化学家奥托·勒姆[28]就获得了硫磺硫化聚丙烯酸酯制取弹性体的专利权，但未能获得实际应用。国外丙烯酸酯橡胶的研制和生产主要在美国和日本等丙烯酸工业发达国家，品类丰富，功能齐全。同时经过了国内几十年的发展，国内的丙烯酸酯橡胶产品呈现出多样化，具有了一定的实力。常见的国内生产厂商如常州海霸、遂宁青龙、波尼门、建峰化工、金鑫化工。国外知名厂商如日本瑞翁、日本合成橡胶、东亚油气公司、美国杜邦、Goodrich公司等[29]。

近些年来，伴随着科学技术的发展以及市场的需求，同其他特种橡胶一样，丙烯酸酯橡胶集中围绕在基本性能的改进、应用领域的拓展、配合技术的改进上[30]。如丙烯酸酯橡胶新型交联方法的开发，利用γ射线辐射法制备羧基交联型丙烯酸酯橡胶，它比化学制备的橡胶拥有更好的硫化特性、更高的含金量和更优异的力学性能；在配合技术的发展上，

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以减少粘辊现象，减少模具的腐蚀为目标。

此外随着人类对低温环境的认知进一步加深。对于丙烯酸酯橡胶的通过不同的配合方法和配方的改良制造出超耐寒橡胶成为关注的热点之一；通过改变聚合体系实现丙烯酸酯橡胶的自硫化过程，来改进丙烯酸酯橡胶难硫化的特点也是焦点所在。

我国的丙烯酸酯橡胶研究起始于60年代中期。成都科技大学和北京化工研究院等单位都先后开展过丙烯酸酯橡胶的研究和开发工作。成都科技大学[31]和北京化工研究院32均以乳液聚合法制得高温型和低温型ACM，以溶液聚合法合成了EA-E和EP-P交替共聚橡胶

[33、34、35]

。

国内关于丙烯酸酯橡胶共混的研究报道较多，但是形成商业化不足。一方面是由于国内ACM的生产商缺少相应的科研投入，缺乏实际的生产经验，缺少对客户的技术支持；另一方面，国产ACM替代进口产品主要是为了降低成本，零部件制造商在材料试用阶段未仔细考虑其产品与进口产品之间的差异，套搬工艺配方，往往导致开发工作半途而废。

伴随着我国经济的发展，特种橡胶的需求不断增大，在未来很长一段时间里，国内丙烯酸酯橡胶产业发展具有良好的前景。



表1-5 部分丙烯酸酯橡胶的产品牌号和性能

Tab 1-5 part of Polyacrylate Rubber products brand and performance

门尼粘玻璃化转

特性和应用

度Pa•s 变温度℃

AR123 37 超耐寒 AR14 33 -39 具有良好的耐寒性和优异的压缩变形 AR31 40 -15 标准耐热型聚合物。用于汽车，工业机械用垫片。 AR74X 34 -37 快速硫化，压缩永久变形低，耐寒性好。

快速硫化的耐热性聚合物。适用于密封件和垫圈等

AR71 50 -15

模压制品。

AR72FH 48 -28 优异平衡的低温和耐油性

快速硫化性产品。改进了加工性能，具有压缩永久

AR72LS 33 -28

变形低和流动性好的特点。

标准环样基耐寒性产品，耐燃、耐油的平衡性好。

AR32 35 -26

用于汽车及工业机械用胶管。

AR715U 33 -26 耐寒型

快速硫化的耐热性聚合物。适用于密封件和垫圈等

AR71U 50 -15

模压制品。

AR72LF

32 -22 优异平衡的低温和耐油性能，易加工。

U 牌号

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1.7. 论文选题的目的及意义

丙烯酸酯橡胶AR71是日本瑞翁旗下的产品,是一种快速硫化的耐热性聚合物。适用于密封件和垫圈等模压制品。同时具有优异的耐高温性能、耐油性、耐臭氧、耐紫外线和耐候性等优点。

近年来，我国经济迅速发展，对ACM橡胶的需求量日益增大。但国内ACM行业存在产量小，产品质量稳定性差，产品种类少等缺点，技术方面与国外产品存在较大差距，无法满足国内市场的需求。与此同时由于国外产品的种类牌号繁多，对于具体牌号的橡胶性能认知不足，对于国外产品的应用特点存在盲区。通过分析和研究，更好的了解AR71的具体性能特性，对AR71的硫化体系、防老体系、增塑体系、补强体系及其他配合体系的选择有充分的认识，合理的选择应用场所和方向，对于充分发挥丙烯酸酯橡胶AR71的性能有重要的意义。

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