基于硬度判定EPDM發(fā)泡材料減振性能

王巧玲，季承遠(yuǎn)，李安，高光濤

（青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東　青島　266042）

基于硬度判定EPDM發(fā)泡材料減振性能

王巧玲，季承遠(yuǎn)，李安，高光濤

（青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266042）

用實(shí)驗(yàn)方法探究EPDM發(fā)泡材料硬度與靜剛度之間的關(guān)系，討論剛度對(duì)發(fā)泡材料減振性能的影響，判定其減振性。實(shí)驗(yàn)表明，隨著炭黑、硫磺和過(guò)氧化二異丙苯、石蠟油、防老劑用量增加，發(fā)泡材料硬度與靜剛度之間函數(shù)關(guān)系是合理的，且N330/N550補(bǔ)強(qiáng)的EPDM發(fā)泡膠料靜剛度隨硬度增長(zhǎng)趨勢(shì)較N330、N550補(bǔ)強(qiáng)EPDM的發(fā)泡膠料緩慢；另外，強(qiáng)度及力學(xué)性能也超過(guò)必要的要求。

EPDM發(fā)泡材料；硬度；靜剛度

減振墊、海綿等多種發(fā)泡橡膠制品通常是處于周期性交變應(yīng)力條件下工作的。為保證橡膠制品使用的安全性和可靠性，研究發(fā)泡材料的硬度與靜剛度之間的關(guān)系具有極其重要的意義[1~2]。EPDM發(fā)泡制品由于具有優(yōu)異的耐天候性、低溫柔軟性等性能，近年來(lái)在汽車工業(yè)、建筑業(yè)中較廣泛用作密封和減振材料[3~4]。對(duì)于某些在動(dòng)態(tài)條件下使用的減振橡膠發(fā)泡制品，出于結(jié)構(gòu)和性能上的要求，需要有一定的硬度，即一定的靜剛度[5]。本實(shí)驗(yàn)以配方變量探究并論證了減振制品靜剛度隨硬度變化的正相關(guān)性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原材料

三元乙丙橡膠EPDM（4045），中國(guó)吉林石化；炭黑N330、N550，美國(guó)卡博特公司；發(fā)泡劑AC，常州永新精細(xì)化學(xué)有限公司；石蠟油，sunpar 2280，美國(guó)太陽(yáng)石油公司；Rhenogran S-80，硫磺質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%，萊茵化學(xué)公司。其他實(shí)驗(yàn)用原材料均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

1.2主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

XSM200橡塑試驗(yàn)用密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；SK-160B雙輥開(kāi)煉機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；GT-M2000-FA無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司；GT-70802門尼黏度儀，臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司；HS 1007-RTMO平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技有限公司；GT-AI-7000M電子拉力試驗(yàn)機(jī)，臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司；尼康SMZ1500體視顯微鏡，日本尼康公司。

1.3試樣制備

基本配方：EPDM 100份（質(zhì)量，下同），ZnO 5份，SA 1份，發(fā)泡劑AC 2份，S 0.5份。

以下為配方變量：

（1）炭黑為變量，N330、N550分別為30、40、50、60、70份，N330/N550并用比例為20/50、30/40、40/30、50/20。

（2）硫磺和DCP為變量（N330/N550=30/40），S分別為0.5、1、1.5、2份；DCP（S 0.2）分別為2、2.5、3、3.5、4份。

（3）石蠟油為變量（S為1份），石蠟油分別為10、15、20、25、30。

（4）防老劑為變量（石蠟油為15份），RD/4020與RD/MB分別為1/1、1.5/1.5、2/2，4020為2、3、4。

本實(shí)驗(yàn)采用密煉機(jī)和開(kāi)煉機(jī)混煉工藝，混煉工藝條件如下：密煉機(jī)初始設(shè)定溫度為：60℃、轉(zhuǎn)速60 r/min。按順序加料，排膠溫度約143℃。排出的膠料在SK-160B雙輥開(kāi)煉機(jī)上下片，冷卻，然后在開(kāi)煉機(jī)上加發(fā)泡劑、硫磺和促進(jìn)劑，下片并停放24 h備用。用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定硫化曲線，轉(zhuǎn)子擺動(dòng)弧度1°，轉(zhuǎn)子擺動(dòng)頻率1.67 Hz。硫化溫度為170℃。由硫化曲線確定正硫化時(shí)間，然后用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化。

1.4性能測(cè)試方法

按照國(guó)標(biāo)GB/T1232.1—2000進(jìn)行門尼黏度測(cè)試。混煉膠的硫化特性，硫化膠硬度分別按照ASTMD—2084，GB/531—92進(jìn)行測(cè)定；拉伸強(qiáng)度測(cè)試采用2型試樣，按照國(guó)標(biāo)GB/T 528—1998 eqv ISO 37:1994進(jìn)行測(cè)試；按照國(guó)標(biāo)GB/T1681—2009進(jìn)行橡膠回彈性能測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1炭黑品種及用量對(duì)發(fā)泡材料硬度和靜剛度關(guān)系的影響

根據(jù)產(chǎn)品要求的性能的不同，發(fā)泡材料的最終使用性能主要決定于橡膠基體材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)選用三元乙丙橡膠（EPDM）作為基體材料。三元乙丙膠（EPDM）是乙烯和丙烯的無(wú)規(guī)共聚物中再引入少量的非共軛二烯類單體作為硫化點(diǎn)溶聚形成的非極性橡膠，分子不飽和度較低，因而其具有優(yōu)異的彈性、低溫性能、耐熱氧老化性、耐化學(xué)介質(zhì)性以及良好的耐水性和優(yōu)異的電絕緣性。炭黑、硫磺和過(guò)氧化二異丙苯、石蠟油、防老劑用量的變化在補(bǔ)強(qiáng)三元乙丙膠（EPDM）過(guò)程中影響發(fā)泡材料的泡孔形貌進(jìn)而影響硬度的規(guī)律性變化，最后導(dǎo)致靜剛度的趨勢(shì)變化也呈現(xiàn)規(guī)律性。我國(guó)硫化橡膠一般采用邵爾A硬度計(jì)，適用于軟質(zhì)硫化橡膠在邵爾20~90范圍內(nèi)的硬度測(cè)定。橡膠發(fā)泡材料的減振性能對(duì)泡孔形貌比較敏感，假如混煉工藝和模壓硫化工藝相同，得到的發(fā)泡材料泡孔形貌差異在一定范圍內(nèi)，各發(fā)泡材料檢測(cè)的環(huán)境溫度一樣，檢測(cè)得到的硬度值的受外界環(huán)境影響較小，則靜剛度與硬度的相關(guān)性受外界影響很小。

測(cè)試結(jié)果如表1所示，隨炭黑用量的增加硬度與靜剛度變化趨勢(shì)相同都呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，且相同用量N330補(bǔ)強(qiáng)EPDM發(fā)泡膠料的硬度與靜剛度較N550補(bǔ)強(qiáng)EPDM膠料的大，另外N330/N550并用補(bǔ)強(qiáng)EPDM發(fā)泡膠料的硬度與靜剛度均高于單獨(dú)使用N330或N550補(bǔ)強(qiáng)EPDM的膠料，說(shuō)明炭黑并用具有協(xié)同作用，測(cè)試結(jié)果顯示其他性能也符合預(yù)期目標(biāo)。

表1　炭黑用量對(duì)EPPM發(fā)泡膠料硬度與靜剛度的影響

由圖1得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖1可觀察到第一次擬合直線和第二次擬合直線基本吻合如式（1），第三次擬合直線如式（2）斜率略偏小，說(shuō)明N330/N550補(bǔ)強(qiáng)EPDM發(fā)泡膠料靜剛度隨硬度增長(zhǎng)趨勢(shì)較N330、N550補(bǔ)強(qiáng)EPDM的發(fā)泡膠料緩慢。對(duì)比圖1中各線形，直線線形相似， 圖1基本反映了靜剛度隨硬度變化的規(guī)律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數(shù)關(guān)系是合理的。

圖1　炭黑與靜剛度和硬度的擬合直線關(guān)系圖

2.2交聯(lián)密度對(duì)發(fā)泡材料硬度和靜剛度關(guān)系的影響

由于EPDM發(fā)泡膠料要求有較好的減振性能，本研究選用了普通硫磺硫化體系。為進(jìn)一步研究硫化膠的硬度和靜剛度的關(guān)系，將促進(jìn)劑用量保持不變，增加硫磺用量，另外還研究了有機(jī)過(guò)氧化物過(guò)氧化二異丙苯（DCP）硫化體系中硬度與靜剛度的關(guān)系。如表2所示，隨著S和DCP用量的增加，硫化膠的硬度和靜剛度呈增大趨勢(shì)，測(cè)試結(jié)果顯示其他性能也符合預(yù)期目標(biāo)，耐老化性和壓縮永久變形變化不大。

表2　S和DCP用量對(duì)EPDM發(fā)泡膠料硬度和靜剛度的影響

圖2　S、DCP與靜剛度和硬度的擬合直線關(guān)系圖

由圖2得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖2可觀察到第一次擬合直線如式（3）和第二次擬合直線如式（4）線性相似，第一次擬合直線斜率略偏小，說(shuō)明硫磺硫化EPDM發(fā)泡膠料靜剛度隨硬度增長(zhǎng)趨勢(shì)較DCP硫化EPDM發(fā)泡膠料緩慢，圖2基本反映了靜剛度隨硬度變化的規(guī)律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數(shù)關(guān)系是合理的。

2.3石蠟油對(duì)發(fā)泡材料硬度和靜剛度關(guān)系的影響

石蠟油的加入能夠降低膠料黏度、改善其加工性能，提高補(bǔ)強(qiáng)劑在膠料中的分散狀況，降低制品成本，并可改善硫化膠的耐寒性，因此研究石蠟油存在的情況下EPDM發(fā)泡材料硬度和靜剛度的關(guān)系具有指導(dǎo)性意義。如表3所示，隨著石蠟油用量的增加，硫化膠的硬度和靜剛度呈減小趨勢(shì)，測(cè)試結(jié)果顯示其他性能也符合預(yù)期目標(biāo)。

表3　石蠟油用量對(duì)EPDM發(fā)泡膠料硬度和靜剛度的影響

由圖3得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；Ks——靜剛度，N/mm。

圖3　石蠟油與靜剛度和硬度的擬合直線關(guān)系圖

由圖3可觀察到石蠟油存在條件下EPDM發(fā)泡材料的硬度與靜剛度的擬合直線如式（5），基本反映了靜剛度隨硬度變化的規(guī)律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數(shù)關(guān)系是合理的。

2.4防老劑對(duì)發(fā)泡材料硬度和靜剛度關(guān)系的影響

橡膠會(huì)在使用過(guò)程中受到熱、氧、光等一些因素的影響而逐漸發(fā)生物理或者化學(xué)變化，使其性能下降，并喪失用途，這種現(xiàn)象稱為橡膠的老化。為提高他們的使用壽命，增加效益，節(jié)約資源，我們需要在橡膠中添加防老劑。如表3所示，隨著防老劑品種及用量的變化，防護(hù)的EPDM發(fā)泡材料出現(xiàn)最大硬度時(shí)都有一個(gè)最佳用量。RD/4020與4020防護(hù)的發(fā)泡材料的硬度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，RD/MB防護(hù)的發(fā)泡材料的硬度則呈現(xiàn)先增大后基本不變的趨勢(shì)，但發(fā)泡材料的靜剛度與硬度呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，測(cè)試結(jié)果顯示其他性能也符合預(yù)期目標(biāo)。

表4　防老劑的品種與用量對(duì)EPDM發(fā)泡膠料硬度與靜鋼度的影響

圖4　防老劑與靜剛度和硬度的擬合直線關(guān)系圖

由圖4得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖4可觀察到防老劑不同品種及用量防護(hù)EPDM發(fā)泡材料測(cè)定的硬度與靜剛度的擬合直線如式（5）、（6）、（7），不同用量及品種的防老劑對(duì)硬度的影響程度有差異，但都基本反映了靜剛度隨硬度變化的規(guī)律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數(shù)關(guān)系是合理的。

3　EPDM發(fā)泡材料剛度對(duì)減振性能的影響

剛度是判定橡膠減振性能的重要指標(biāo)之一，橡膠材料的動(dòng)靜剛度比對(duì)振動(dòng)傳遞和減震效果有顯著的影響。動(dòng)靜剛度比越小，橡膠材料的彈性就越好，振動(dòng)傳遞效果也越好。發(fā)泡橡膠制品受交變載荷應(yīng)力產(chǎn)生形變過(guò)程中，橡膠硬度的改變使減振制品的靜剛度發(fā)生變化，從而使橡膠減振制品發(fā)生泡孔塌陷，高度降低，彈性變差，對(duì)于由泡孔填充的EPDM復(fù)合材料而言，泡孔塌陷，高度降低，會(huì)影響制品的性能，致使產(chǎn)生更大的振動(dòng)和噪音，達(dá)不到減振的目的。減振制品的靜剛度是制品受靜載荷時(shí)的剛度；如果載荷是動(dòng)態(tài)的，則稱為動(dòng)剛度，動(dòng)剛度與靜剛度的比值稱為動(dòng)靜剛度比。動(dòng)剛度一般大于靜剛度，而且交變應(yīng)力越大，動(dòng)剛度越大[6]。當(dāng)橡膠減振制品靜剛度發(fā)生改變時(shí)，其動(dòng)剛度也必然會(huì)發(fā)生同方向的變化，即靜剛度增大動(dòng)剛度也必然隨之增大一般，當(dāng)靜剛度變化大于50%，可一定程度上認(rèn)為減振制品失效，需要進(jìn)一步檢測(cè)判定[2]。

4　結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)表明，橡膠減振制品的硬度與靜剛度存在著正相關(guān)性的函數(shù)關(guān)系，但都存在一定范圍的偏差，靜剛度隨硬度變化的正相關(guān)性對(duì)工程實(shí)踐具有指導(dǎo)性意義。

（2）通過(guò)檢測(cè)多組減振制品的硬度和靜剛度來(lái)確定硬度與靜剛度的擬合曲線，即可在原位測(cè)定橡膠減振制品的硬度為判別減振制品是否失效提供依據(jù)，是一種判定橡膠減振性實(shí)時(shí)性能的無(wú)損檢測(cè)方法。

[1] 趙菲, 陳翔. 配方因素對(duì)高硬度橡膠動(dòng)態(tài)屈撓性能的影響[J].世界橡膠工業(yè), 2012, 39(6):10~13.

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(R-03)

歐洲PVC制品商Eurocell上半年利潤(rùn)增長(zhǎng)12%

歐洲PVC產(chǎn)品生產(chǎn)商Eurocell當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年8月23日發(fā)布了上半財(cái)年財(cái)報(bào)。

該公司主要生產(chǎn)窗戶、門和屋頂?shù)萈VC產(chǎn)品。在截至6月底的上半財(cái)年，公司營(yíng)收9 720萬(wàn)英鎊，較上一財(cái)年同期的8 250萬(wàn)英鎊實(shí)現(xiàn)了增長(zhǎng)。上半財(cái)年實(shí)現(xiàn)稅前利潤(rùn)1 030萬(wàn)英鎊(約合1 361萬(wàn)美元)，較上一財(cái)年同期的630萬(wàn)英鎊增長(zhǎng)63%。

Eurocell上半財(cái)年調(diào)整后稅前利潤(rùn)增長(zhǎng)12%至1 070萬(wàn)英鎊，增長(zhǎng)12%。

Eurocell董事會(huì)主席勞森(Bob Lawson)表示：“展望未來(lái)，英國(guó)有關(guān)退出歐盟的公投結(jié)果導(dǎo)致了不確定性，但是我們已為下半年?duì)I造了一個(gè)良好的開(kāi)端，在下半財(cái)年的最初7周里，公司銷售額增長(zhǎng)了17%(如果不將并購(gòu)因素考慮在內(nèi)為8%)。并且，我們認(rèn)為，行之有效的策略和能力將幫助Eurocell在2016年余下的日子里為顧客和股東創(chuàng)造更多價(jià)值。 ”

摘編自“中國(guó)聚合物網(wǎng)”

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Wang Qiaoling, Ji Chengyuan, Li An, Gao Guangtao
(Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042, Shandong, China)

In this paper, the relationship between hardness and stiffness of EPDM foam is discussed by experiment method, and the effect of stiffness on the damping property of foamed material is discussed. Experiments show that with the increasing content of carbon black, sulfur, dicumyl peroxide, paraffi n oil and antioxidant, the function relation between foaming material hardness and stiffness is rational, and the static stiffness growth trend with increasing hardness of N330/N550 reinforced EPDM foamed material is slower than N330 and N550 reinforced EPDM foamed material; In addition, the strength and mechanical properties are also more than the necessary requirements.

EPDM foamed material; hardness; static stiffness

TQ333.4

1009-797X(2016)18-0047-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.012

王巧玲（1989-），女，在讀碩士研究生，從事高分子材料配方設(shè)計(jì)及加工工藝的研究。

2016-07-07