NR再生膠/EPDM共混膠性能研究

張振華 李鵬 (陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院 陜西 710054)

一、EPDM與再生膠

1.EPDM再生膠

（1）EPDM

三元乙丙膠(EPDM)屬于烯烴類橡膠，因其耐臭氧、耐老化性非常好，并且穩(wěn)定性超高，因此又被稱為“無裂紋橡膠”。由于其分析主鏈全部由乙烯和丙烯單元鏈接構(gòu)成，因此其飽和性和柔順性早就了EPDM的耐屈撓性、回彈性及耐低溫性能等。

（2）再生膠

通過將橡膠生產(chǎn)中的肥料及廢舊的橡膠制品粉碎、加工，恢復(fù)其與生膠混合及硫化的能力，從而重新作為一種橡膠原材料。通過實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，不僅平衡了性能和低廉的價(jià)格，同事具備較高的推廣價(jià)值。

2.NR再生膠/EPDM并用共混

橡膠并用是國內(nèi)外橡膠工業(yè)的研究重點(diǎn)，通過將多種橡膠合理配合，得到更加優(yōu)良的并用硫化膠。通過并用改性法，整個(gè)工業(yè)流程周期更短、效率更高、成本更低以及環(huán)境污染降低。

一般來講，并用膠中各相的硫化速率和硫化程度相差比較大，因?yàn)樵诟鞣N橡膠中硫化劑與促進(jìn)劑的溶解度不同。并用膠共硫化是指在同一硫化條件下，在不同膠相內(nèi)同時(shí)達(dá)到正硫化，甚至能形成相界面間交聯(lián)的硫化。

EPDM由于是一種合成橡膠，因此硫化速度慢，自粘性和互粘性都較差。讓呢天然橡膠具有較好的綜合力學(xué)性能和加工性能，但是抗老化性較差。因此將二者結(jié)合并用，不僅可以改善粘合性，同時(shí)也可以增強(qiáng)抗老化性。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)材料

（1）EPDM：EP3950，乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、第三單體5—亞乙基—2—降冰片烯（ENB）、M L(1+4)100℃分別為56%、11.5%、54。

（2）EPDM：K EP570 F，乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、第三單體5—亞乙基—2—降冰片烯（ENB）、M L(1+4)100℃分別為70%、4.5%、59.（3）其他如4045等。

2.實(shí)驗(yàn)測(cè)試

（1）膠料的硫化特性測(cè)試

在溫度、擺度分別為160℃、1度的測(cè)試條件下，在無轉(zhuǎn)子流變儀上測(cè)定膠料的硫化曲線，得到扭矩-時(shí)間曲線。

（2）物理機(jī)械性能測(cè)試

在G B/T 528-1998在電子拉力機(jī)上測(cè)試?yán)煨阅?。采用I型試樣：試片厚、拉伸截面寬、拉伸速度分別為：2 mm、6 mm、500 mm/mi n。測(cè)試項(xiàng)目為拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力以及扯斷伸長率。

（3）熱空氣老化性能測(cè)試

按G B/T 3512-2001測(cè)試，測(cè)試條件為100℃×72 h，測(cè)試項(xiàng)目為拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率與定伸應(yīng)力變化率和硬度的變化。測(cè)試時(shí)間為老化前后。

（4）掃描電子顯微鏡 (SEM)測(cè)試

采用尼康相差顯微鏡，周期性觀察硫化膠液氮脆斷斷面的相態(tài)。

（5）炭黑分散性能測(cè)試

在測(cè)試條件為濕度50%，溫度23±2℃情況下，在U D-3500炭黑分散度儀上，用混煉膠試樣切成大約5mm×5mm的斷面測(cè)試。

三、三元乙丙膠的種類及加工工藝對(duì)共混膠性能的影響

1.不同種類EPDM對(duì)NR再生膠/EPDM性能的影響

由于EPDM與NR再生膠之間的不飽和度差異造成大量的配合劑從EPDM相向NR相遷移，硫化劑會(huì)在并用膠中 NR相的不飽和部位發(fā)生反應(yīng)，并且很快消耗掉，因此延長硫化時(shí)間仍然會(huì)出現(xiàn)硫化嚴(yán)重不足。我們選取三個(gè)不同飽和度的EPDM，其ENB的比依次遞增，呈4.5%、8.0%、11.5%形式，圖1表示在不同ENB占比條件下，再生共混膠的硫化特性。

圖1 不同EPDM的NR再生膠/EPDM共混膠的硫化特性與性能

從圖1中可以看到，當(dāng)ENB不斷減小，EPDM的不飽和度就逐漸減小，硫化點(diǎn)就越少，進(jìn)而導(dǎo)致硫化時(shí)間增長，而共混膠的硫化時(shí)間由 EPDM 的硫化時(shí)間主導(dǎo)，因而隨著 ENB含量的減小 T c 90逐漸增大。共混膠的焦燒時(shí)間變化不大；共混膠的正硫化時(shí)間逐漸延長。

為了更易觀察各性能數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，做圖2。

圖2 不同EPDM的NR再生膠/EPDM共混膠的性能

如圖1及圖2所示，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度以及硬度隨著ENB的強(qiáng)度降低都出現(xiàn)了部分降低。除此之外，對(duì)比性能變化幅度，配方2、3之間的幅度要小雨1、2間的幅度。這個(gè)結(jié)果正好與三個(gè)實(shí)驗(yàn)材料所含ENB的比之間的差別一致。隨著第三單體的占比減小，EPDM不飽和度逐漸降低，共混膠之間內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不再那么致密，在受到外力時(shí)，容易發(fā)生應(yīng)力集中，致使內(nèi)部變形，力學(xué)性能出現(xiàn)下降。另一方面，EPDM相和NR相的不飽和度差距的加大會(huì)引起硫化的不同步，進(jìn)而影響硫化膠的物理機(jī)械性能。

2.不同配比NR再生膠/EPDM對(duì)共混膠性能的影響

為了使得并用膠之間的硫化效果達(dá)到最好，獲得最佳的共混物物理性能，必須協(xié)調(diào)NR和EPDM并用橡膠的硫化速率，這對(duì)該曬其共硫化性有非常重要的意義。

（1）不同配比 NR再生膠/EPDM 對(duì)共混膠硫化特性的影響

圖3 NR再生膠/EPDM并用膠料的硫化特性與共混比及熱老化對(duì)并用膠相關(guān)力學(xué)性能的影響

由圖3可知，EPDM的用量對(duì)并用膠的硫化性有非常重要的影響。并用膠中的EPDM不斷增加會(huì)引起焦燒時(shí)間、硫化時(shí)間增加，扭矩值逐漸減小。二者的飽和度相差較多，因此，硫化誘導(dǎo)期和達(dá)到正硫化的時(shí)間都比NR長。未硫化的EPDM以高分子形式在并用膠中存在，未硫化膠增多，增塑作用就越大，其共混硫化膠的扭矩值便會(huì)減小。試樣4#的扭矩值在試樣2、3、4中是最小的。

（2）不同配比 NR再生膠/EPDM 對(duì)共混膠力學(xué)性能的影響 如圖3所示，共混比影響的老化條件為100℃×72 h。 并用比的變化導(dǎo)致其圍觀的相態(tài)結(jié)構(gòu)也隨之變化，并用膠中的EPDM增加導(dǎo)致并用膠的扯斷伸長率、撕裂強(qiáng)度隨之增大，硬度減小，同時(shí)，拉伸強(qiáng)度在并用比為30/70、50/50時(shí)出現(xiàn)最大值和最小值，熱空氣老化后，硫化膠的各種物理性能均有不同程度的下降，但總體變化趨勢(shì)幾乎不變。硫化NR再生膠的物理機(jī)械性能較差，當(dāng)NR再生膠/EPDM以30/70共混時(shí)的硫化時(shí)間內(nèi)，只有少量的未交聯(lián)EPDM分散在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，所以此共混比下的共混膠達(dá)到了良好的共硫化，其共混硫化膠擁有最佳的物理機(jī)械性能。

[1]楊清芝.實(shí)用橡膠工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]陳國棟，滿敬國，劉生蘭，錢偉國，EPDM抗撕裂工藝條件研究[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2009.