采用轉(zhuǎn)矩流變儀研究EPDM再生膠的制備及性能影響因素

楊 慧，徐云慧，翁國文

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140）

三元乙丙橡膠（EPDM）是由乙烯、丙烯和少量非共軛二烯共聚而成的無規(guī)彈性體。由于分子主鏈中沒有雙鍵，EPDM具有優(yōu)異的耐熱老化性能、耐臭氧老化性能、耐天候老化性能及耐化學(xué)介質(zhì)性能；由于少量非共軛二烯作為第三單體引入，分子側(cè)鏈含有少量雙鍵，EPDM可采用硫黃硫化。EPDM廣泛應(yīng)用于汽車橡膠部件、電線電纜護(hù)套、防水卷材、耐熱輸送帶和蒸汽膠管等。隨著EPDM應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，必然產(chǎn)生大量的廢舊EPDM。有效而環(huán)保地處理廢舊EPDM已成為橡膠行業(yè)重要的課題。傳統(tǒng)的油法和水油法等橡膠再生方法二次污染嚴(yán)重、生產(chǎn)效率不高，已不適應(yīng)當(dāng)前的要求[1]。

本研究利用機(jī)械剪切作用，采用轉(zhuǎn)矩流變儀對EPDM進(jìn)行再生，探討再生時間、溫度和活化劑對EPDM再生膠膠料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

廢舊EPDM，邢臺恒瑞橡塑科技股份有限公司提供；活化劑420，450和480，萊蕪市紅象科貿(mào)有限公司提供。

1.2 主要設(shè)備與儀器

XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)和QLB-50D/Q型雙層電熱平板硫化機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼粘度儀、GT-M2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀和A1-7000-GD型拉力試驗(yàn)機(jī)，臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

（1）EPDM再生膠

再生配方：廢舊EPDM 100，松香 0.5，硬脂酸 1，促進(jìn)劑M 0.5，活化劑 變品種、變量。

再生工藝：清除廢舊EPDM表面雜質(zhì)，將廢舊EPDM裁剪成小片，置于開煉機(jī)（輥距為1 mm，輥溫為45～65 ℃）上破碎，過輥6遍，制得較粗的膠粒。膠粒經(jīng)篩選后，再在開煉機(jī)上與松香、促進(jìn)劑M、硬脂酸和活化劑混煉均勻，將混合物料放入預(yù)熱的XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀中制得再生膠。

（2）EPDM再生膠膠料

按GB/T 13460—2008《再生橡膠》確定EPDM再生膠膠料的試驗(yàn)配方和混煉工藝。

試驗(yàn)配方：EPDM再生膠 100，氧化鋅 5，硬脂酸 1，促進(jìn)劑TMTD 1，促進(jìn)劑M 0.5，硫黃 1.5。

混煉工藝：膠料在開煉機(jī)（輥距為1 mm，輥溫為45～65 ℃）上混煉，依次加入EPDM再生膠、促進(jìn)劑、氧化鋅、硬脂酸和硫黃，混煉均勻后薄通下片，混煉膠在常溫下停放8 h后硫化，硫化條件為170 ℃×15 MPa。

1.4 性能測試

膠料的密度按照GB/T 533—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 密度的測定》測試，門尼粘度按照GB/T 1232.1—2000《用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測定 第1部分 門尼粘度的測定》測試，拉伸性能按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 再生時間和活化劑用量對EPDM再生膠膠料性能的影響

圖2 再生時間對EPDM再生膠膠料門尼粘度的影響

圖3 再生時間對EPDM再生膠膠料拉伸強(qiáng)度的影響

圖4 再生時間對EPDM再生膠膠料拉斷伸長率的影響

再生時間和活化劑用量對EPDM再生膠膠料性能的影響如圖1～4所示（采用活化劑450，再生溫度為170 ℃）。從圖1～4可以看出：活化劑用量和再生時間對再生膠膠料密度的影響不大，試驗(yàn)范圍內(nèi)再生膠膠料密度的變化范圍為1.21～1.22 Mg·m-3；活化劑用量為1份時，再生時間超過10 min后再生膠膠料的門尼粘度和拉斷伸長率分別居中；加入0.5和1份活化劑的再生膠，再生時間為10 min時再生膠膠料的拉伸強(qiáng)度較大，分別為6.3和7.2 MPa，加1.5份活化劑的再生膠膠料的拉伸強(qiáng)度大于6.8 MPa，這3個條件下再生膠膠料拉伸強(qiáng)度均達(dá)到GB/T 13460—2008要求（≥6.00 MPa）。

圖1 再生時間對EPDM再生膠膠料密度的影響

綜合得出，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，再生時間為10 min、活化劑用量1份時，EPDM再生膠膠料的性能較好。

2.2 再生溫度對EPDM再生膠膠料性能的影響

再生溫度對EPDM再生膠膠料性能的影響如圖5和6所示（再生時間為10 min，采用1份活化劑450）。從圖5和6可以看出：隨著再生溫度升高，再生膠膠料的密度和門尼粘度變化較小，試驗(yàn)范圍內(nèi)密度變化范圍為1.21～1.24 Mg·m-3，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]變化范圍為83～85；再生膠膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率先增大，超過再生溫度170 ℃后減小，這可能因?yàn)樵偕鷾囟壬?，再生體系的熱能增大，橡膠分子運(yùn)動加劇，橡膠分子鏈斷裂的可能性提高，橡膠分子鏈斷裂生成的自由基濃度增大，而該自由基氧化生成的過氧化物繼續(xù)分解[2]，橡膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步裂解，再生膠的再生效果較好，而再生溫度超過170 ℃后，橡膠裂解過度，再生膠性能下降。因此，EPDM的再生溫度為170 ℃較好。

圖5 再生溫度對EPDM再生膠膠料密度和門尼粘度的影響

2.3 活化劑品種對EPDM再生膠膠料性能的影響

在橡膠再生條件下，活化劑生成自由基，可以與橡膠分子裂解產(chǎn)生的自由基結(jié)合，阻止橡膠裂解產(chǎn)生的自由基相互結(jié)合，提高橡膠熱氧化速度，同時還可引發(fā)橡膠雙硫鍵和多硫鍵裂解，加速橡膠再生。

活化劑品種對EPDM再生膠膠料性能的影響如表1所示（活化劑用量為1份，再生溫度為170℃，再生時間為10 min）。從表1可以看出，采用活化劑480的再生膠膠料門尼粘度較小，采用活化劑450的再生膠膠料密度較小，采用活化劑420的再生膠膠料拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率較大。因此，采用活化劑420的EPDM再生膠綜合性能較好。

表1 不同活化劑對EPDM再生膠膠料性能的影響

3 結(jié)論

在轉(zhuǎn)矩流變儀中對廢舊EPDM進(jìn)行再生，當(dāng)再生溫度為170 ℃、再生時間為10 min、采用1份活化劑420時，制得的EPDM再生膠綜合性能較好。