柠檬酸三丁酯增塑改性氯丁橡胶耐低温性能

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.04.001

摘要/Abstract

摘要：

氯丁橡胶(CR)主链结构中因含氯原子，增强了分子链间的相互作用，限制了分子链的运动，故该类橡胶具有较强的极性。在低温条件下，分子运动速率减慢，CR分子链有序排列并发生结晶，进而使其硬度增大和弹性降低。为提升CR的耐低温性能，通过引入绿色低温增塑剂柠檬酸三丁酯(TBC)对其进行改性，并考察了TBC质量分数对CR复合材料的硫化特性、门尼黏度、机械性能、玻璃化转变温度(T_g)以及脆性温度(T_b)等的影响。结果表明，随着TBC质量分数的增加，CR胶料的门尼黏度显著下降，焦烧时间延长，硫化胶的加工性能与耐低温性能得到显著改善；当TBC质量分数为5%时，CR的拉伸强度达到最大值12.16 MPa，回弹性达到最大值50.65%，永久压缩变形率降至最小值9.64%，断裂伸长率增加至497.59%，T_g降低至-34.5 ℃。由此可见，改性后CR的耐低温性能与机械性能得到同步显著改善，拓展了其在低温工况下的应用可行性。

关键词: 合成特种橡胶, 氯丁橡胶, 柠檬酸三丁酯, 耐低温增塑剂, 耐低温性能

Abstract:

The introduction of chlorine atoms into the main chain of chloroprene rubber (CR) strengthens intermolecular interactions, restricts molecular?chain mobility, and gives this rubber strong polarity. At low temperatures, molecular motion slows, causing CR molecular chains to arrange more regularly and crystallize, which increases hardness and reduces elasticity. To improve the low?temperature resistance of CR, the green low?temperature plasticizer tributyl citrate (TBC) was introduced for modification. The effects of TBC mass fraction on the vulcanization characteristics, Mooney viscosity, mechanical properties, glass?transition temperature (T_g), and brittle temperature (T_b) of CR composites were investigated. The results show that, with increasing TBC mass fraction, the Mooney viscosity of the CR compound decreases significantly, scorch time is prolonged, and the processing performance and low?temperature resistance of the vulcanizate are significantly improved. When the TBC mass fraction is 5%, the tensile strength of CR reaches its maximum value of 12.16 MPa, resilience reaches its maximum value of 50.65%, permanent compression set decreases to its minimum value of 9.64%, elongation at break increases to 497.59%, and T_g decreases to -34.5 ℃. These results indicate that the modified CR exhibits simultaneous improvements in low?temperature resistance and mechanical properties, thereby expanding its applicability under low?temperature operating conditions.

Key words: Synthetic specialty rubber, Chloroprene rubber, Tributyl citrate, Low temperature resistant plasticizer, Low temperature resistance

中图分类号:

TQ336.8

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图/表 7

表1 TBC质量分数对CR混炼胶硫化特性的影响

Table 1 Effect of TBC mass fraction on the curing characteristics of CR compound

w（TBC）/%	t_s1/min	t_c90/min	M_H/(N·m)	M_L/(N·m)	M_H-M_L/(N·m)
0	0.55	14.28	2.36	0.18	2.18
3.40	0.78	41.60	2.29	0.15	2.14
6.58	0.94	46.67	2.07	0.08	1.99
9.55	1.25	48.25	1.93	0.08	1.85

图1 不同TBC质量分数下CR混炼胶的门尼黏度

Fig.1 Mooney viscosity of the CR compound versus TBC mass fraction

图2 CR与TBC偶极相互作用示意图

Fig.2 Schematic of the CR?TBC dipole?dipole interaction

图3 不同TBC质量分数下CR硫化胶的机械性能（a）拉伸强度和断裂伸长率（b）永久压缩变形率和回弹性（c）硬度

Fig.3 Mechanical properties of CR vulcanizate versus TBC mass fraction

图4 不同TBC质量分数下CR硫化胶的SEM图

Fig.4 SEM images of CR vulcanizate versus TBC mass fraction

图5 不同TBC质量分数下CR硫化胶的Tb

Fig.5 Tb of CR vulcanizate versus TBC mass fraction

图6 不同TBC质量分数下CR硫化胶的Tg

Fig.6 Tg of CR vulcanizate versus TBC mass fraction

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