三元乙丙橡膠抗撕裂性能的研究

滿敬國(guó)， 陳國(guó)棟， 劉生蘭， 錢(qián)偉國(guó)

(1.溧陽(yáng)振大鐵路設(shè)備有限公司，江蘇 溧陽(yáng)213300;2.哈金森工業(yè)橡膠制品(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215122)

三元乙丙橡膠抗撕裂性能的研究

滿敬國(guó)1， 陳國(guó)棟2， 劉生蘭2， 錢(qián)偉國(guó)2

(1.溧陽(yáng)振大鐵路設(shè)備有限公司，江蘇 溧陽(yáng)213300;2.哈金森工業(yè)橡膠制品(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州215122)

實(shí)驗(yàn)采用EPDM配方，通過(guò)對(duì)硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)體系和填充體系的變量試驗(yàn)，采用正交試驗(yàn)法考察過(guò)氧化物、硫磺、炭黑以及填充纖維四個(gè)因子對(duì)EPDM抗撕裂性能的影響，具體分析了其差異以及產(chǎn)生的原因，制定了優(yōu)化的EPDM抗撕裂配方和工藝條件。

EPDM;撕裂強(qiáng)度;最優(yōu)化工藝條件

EPDM被譽(yù)為“無(wú)龜裂橡膠”，在通用橡膠中它的耐臭氧性能最好，具有優(yōu)異的耐老化性能，壓縮形變小、彈性好，耐化學(xué)試劑性能優(yōu)異，在電纜、密封、膠輥甚至輪胎胎側(cè)等產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。但由于 EPDM是由 PE、PP以及少量第三單體聚合而成的，PE、PP均為直鏈型烯烴，分子支鏈少，第三單體僅提供少量的雙鍵以供交聯(lián)，所以硫化膠支聯(lián)少，不能形成很好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致硫化后產(chǎn)品的撕裂性能差，在熱啟模過(guò)程中產(chǎn)品容易被撕裂，在使用條件較苛刻的環(huán)境下，產(chǎn)品也很容易被擠壓撕裂，影響產(chǎn)品的使用性能。

本文采用過(guò)氧化物與硫磺硫化體系并用，采用正交試驗(yàn)法考察了硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充體系中的助劑對(duì) EPDM抗撕裂性能的影響，然后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和比較，制定了最優(yōu)化的EPDM抗撕裂配方。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM 552，韓國(guó)SK株式會(huì)社產(chǎn)品;快壓出爐黑N550，青島德固薩化工有限公司產(chǎn)品;DCP，上海方銳達(dá)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品;碳納米纖維，Showa Denko K.K.公司產(chǎn)品;其它原材料為常見(jiàn)市售商品。

1.2 實(shí)驗(yàn)基本配方

EPDM 552：100，ZnO：5，硬脂酸：1，防老劑：1，軟化劑：2，促進(jìn)劑 M：0.5，DCP：變量，S：變量，N550：變量，碳納米纖維：變量。

1.3 主要儀器和設(shè)備

X(K)—160開(kāi)煉機(jī)(上海橡膠機(jī)械廠);QLB平板硫化機(jī)(上海第一橡膠機(jī)械廠);AI—8000S電子拉力機(jī)(臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司);QP—16型橡膠、塑料沖片機(jī)(上?；C(jī)械四廠);MM4130C無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀(北京瑞達(dá)宇辰儀器有限公司);

1.4 試樣制備

用X(K)—160開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行塑煉和混煉，輥溫40～50℃

破膠(2 mm，三次)→薄通(0.2 mm，6次)→放厚(5 mm，3次)→下片→將輥距調(diào)節(jié)至2 mm，塑煉膠包輥后，先加入硬脂酸和防老劑→緩慢加入炭黑和軟化劑及碳納米纖維→加硫磺、DCP及促進(jìn)劑→打三角包(1 mm，5個(gè))→下片(5 mm)。

停放8 h后按MM4130C無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀所測(cè)得的時(shí)間，采用QLB平板硫化機(jī)在170℃下對(duì)試樣進(jìn)行硫化。

1.5 性能測(cè)試

撕裂強(qiáng)度按 GB/T529—1999測(cè)定，拉伸速率為500 mm/min

1.6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

影響混煉膠撕裂性能的因素主要有DCP(A)、S(B)、N550(C)、碳納米纖維(D)，其因子水平如表1所示。

表1 試驗(yàn)因子水平

選擇L16(44)正交試驗(yàn)表來(lái)安排試驗(yàn)，如表2所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2設(shè)計(jì)共安排了16次試驗(yàn)，考察了A、B、C和D四個(gè)因子對(duì)硫化膠力學(xué)性能的影響，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，隨著工藝條件參數(shù)的改變，混煉膠的撕裂強(qiáng)度發(fā)生了很大的差異，為得到抗撕裂性能優(yōu)異的硫化膠膠料，必須優(yōu)化EPDM膠料配方。

2.2 工藝條件的確定

撕裂強(qiáng)度是表征硫化膠制品能夠抵抗撕裂的極限能力，是評(píng)價(jià)硫化膠質(zhì)量最重要的依據(jù)之一，因此，該試驗(yàn)選取硫化膠的撕裂強(qiáng)度為考察指標(biāo)并進(jìn)行正交試驗(yàn)分析，以確定EPDM抗撕裂配方中各組分的最佳配比。正交試驗(yàn)結(jié)果以及分析計(jì)算見(jiàn)表2和表3所示。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 方差分析表

從表3可以看出，因子D的影響都是極其顯著的，而因子A、B、C的影響也達(dá)到了較高水平，這是因?yàn)檫^(guò)氧化物硫化EPDM，在交織網(wǎng)絡(luò)中形成的短而且穩(wěn)定的C—C交聯(lián)鍵，化學(xué)穩(wěn)定性好，在網(wǎng)絡(luò)承受外力作用時(shí)，產(chǎn)生斷裂需要吸收較高的能量，從而起到耗損外力，抗擊外力的作用。C—C交聯(lián)鍵運(yùn)動(dòng)性差，在外力作用下相對(duì)滑動(dòng)較困難，因此，網(wǎng)絡(luò)中形成過(guò)多的C—C交聯(lián)鍵會(huì)影響EPDM的抗撕裂性能。而硫磺硫化體系形成的單硫鍵或多硫鍵在主鏈承受外力時(shí)可以相對(duì)滑動(dòng)，具有在一定程度上使斷裂化學(xué)鍵重新生成的能力，起到延緩破壞的作用。但含硫化學(xué)鍵的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性差，尤其在熱環(huán)境下EPDM的抗撕裂性能會(huì)比較差。為使膠料具有良好的綜合性能，我們采用了硫磺和過(guò)氧化物并用的硫化體系。炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)材料可將大分子鏈吸附在其表面，形成海島結(jié)構(gòu)，使分子鏈更好地結(jié)合起來(lái)，從而分散外應(yīng)力，使更多的大分子均勻地分散外負(fù)荷，避免因某個(gè)分子的斷裂而形成應(yīng)力集中。但是，過(guò)多的炭黑會(huì)造成 EPDM吃料困難，混煉不均，造成應(yīng)力集中，而且過(guò)多的炭黑會(huì)影響EPDM的彈性，同樣也會(huì)降低其抗撕裂性能。碳納米纖維填料對(duì)EPDM的抗撕裂性能有明顯的改善作用，這是因?yàn)樘技{米纖維的長(zhǎng)徑比大，在混入膠料后容易取向，可明顯提高膠料的定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度和抗切割破壞力，但加入過(guò)量的碳納米纖維，會(huì)使其在膠料中分散不均，從而影響硫化膠的綜合性能。因此，對(duì)于A、B、C和D因子要選最好的水平，通過(guò)對(duì)比表5中 T1、T2和 T3的大小給出硫化膠拉伸強(qiáng)度最佳水平組合為A3B1C2D2，即 DCP：3，S：0.3，N550：65，碳納米纖維：5。

2.3 優(yōu)化工藝條件的驗(yàn)證

為驗(yàn)證通過(guò)正交試驗(yàn)分析得出的優(yōu)化條件的可信度，在優(yōu)化條件下，進(jìn)行了3次試驗(yàn)，得到的硫化膠力學(xué)性能如表4所示。

表4 優(yōu)化工藝條件下膠料的力學(xué)性能

從表4可以看出，在優(yōu)化條件下EPDM抗撕裂配方得到的硫化膠的力學(xué)性能，尤其是撕裂強(qiáng)度是令人滿意的。

3 結(jié)論

在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)確定了配方：EPDM552：100，ZnO：5，硬脂酸：1，防老劑：1，軟化劑：2，促進(jìn)劑 M：0.5，DCP：3，S：0.3，N550：65，碳納米纖維：5。采用上述配方得到的硫化膠的力學(xué)性能尤其是抗撕裂性能較好。

［責(zé)任編輯：張啟躍］

TQ 330.4

B

1671-8232(2011)01-0024-03

2009-01-05

滿敬國(guó)(1981-)男，山東騰州人，溧陽(yáng)振大鐵路設(shè)備有限公司工程師，主要從事橡膠材料的研發(fā)和工藝管理工作。