夏季運(yùn)輸環(huán)境對EPDM混煉膠的影響

張志強(qiáng)，沈弘毅，王曉君，孫修強(qiáng)

(1.固恩治(青島)工程橡膠有限公司，山東 青島 266042；2.上汽通用汽車有限公司，上海 201201)

隨著環(huán)保問題受到國家的日益關(guān)注，越來越多的橡膠制品企業(yè)依賴于外部的供應(yīng)商為自己提供足量的混煉膠。但是運(yùn)輸過程中一年四季惡劣的溫濕度環(huán)境是否會影響混煉膠的加工性，最終是否會影響產(chǎn)品的性能等一系列問題引起了橡膠制品企業(yè)和下游客戶的廣泛關(guān)注。

目前混煉膠的公路運(yùn)輸用冷藏貨車，可以實(shí)現(xiàn)混煉膠在運(yùn)輸過程中的溫濕度控制，但是成本較高。本文通過實(shí)驗(yàn)室模擬長途運(yùn)輸引起的環(huán)境溫濕度變化，證明運(yùn)輸路途中的高溫高濕條件不影響三元乙丙橡膠(EPDM)混煉膠的擠出性能和安全焦燒性能，而且經(jīng)過高溫高濕運(yùn)輸條件的混煉膠生產(chǎn)出的散熱器水管，其各項(xiàng)性能均保持良好，即不影響水管的產(chǎn)品質(zhì)量，沒有生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，從而確保EPDM混煉膠即使在夏季的惡劣運(yùn)輸條件下也可以使用普通貨車進(jìn)行運(yùn)輸。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

過氧化物硫化體系的EPDM混煉膠：固恩治(青島)工程橡膠有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

高低溫老化試驗(yàn)箱：MY-7250-BLB，江蘇艾默生試驗(yàn)儀器科技有限公司；門尼黏度計(jì)：UM-2050，優(yōu)肯科技股份有限公司；流變儀：UR-2010，優(yōu)肯科技股份有限公司；電子拉力機(jī)：TCS-2000，高鐵科技股份有限公司；水管振動脈沖試驗(yàn)機(jī)：MTC-800CNUC，科通儀器有限公司；差示掃描量熱儀(DSC)：Q20，TA儀器公司；橡膠加工分析儀(RPA)：RPA-2000，美國阿爾法科技公司；布魯克能譜儀(EDX)：QX70，布魯克(北京)科技有限公司；空氣老化試驗(yàn)機(jī)：GT-7017-EM，高鐵科技股份有限公司

1.3 試樣制備

將60 kg的EPDM混煉膠置于高低溫老化箱中，老化箱的程序設(shè)置為5個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)的條件是首先在70 ℃和80%濕度下放置6 h，然后在50 ℃和80%濕度條件下再放置18 h[1]。每一個(gè)循環(huán)結(jié)束，測試門尼黏度、門尼焦燒和流變數(shù)據(jù)。第3循環(huán)、第5循環(huán)和循環(huán)結(jié)束測試物理機(jī)械性能。五個(gè)循環(huán)結(jié)束后，將混煉膠放入擠出機(jī)，擠出內(nèi)徑為19 mm、壁厚為3.5 mm的膠管，然后置于170 ℃的高壓硫化罐中硫化40 min。

1.4 分析測試

硫化特性采用ISO 6502進(jìn)行測試；橡膠硬度采用ISO 7619—1進(jìn)行測試；物理機(jī)械性能采用ISO 37進(jìn)行測試；橡膠密度采用ISO 2781進(jìn)行測試；老化性能采用ISO 188進(jìn)行測試；熱性能采用ISO 11357—2進(jìn)行測試；膠管性能采用GMW15024、GMW14329進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

表1為EPDM混煉膠在老化箱中于高溫高濕條件下經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)后的無轉(zhuǎn)子硫化儀(MDR)和門尼焦燒數(shù)據(jù)。從表1可以看出，經(jīng)歷了5次循環(huán)，EPDM混煉膠的門尼焦燒(ts5)延長1 min，說明混煉膠中的過氧化物在高溫高濕條件下還是稍有損耗。MH及MH與ML差值的輕微降低也說明了高溫高濕的微弱影響，該影響微弱到可以認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。ts5的輕微差異說明高溫高濕不會影響EPDM混煉膠的焦燒安全性能，而且這種膠料的硫化速度和硫化程度也不會因?yàn)楦邷馗邼穸兓痆2]。

表1 高溫高濕條件下不同循環(huán)次數(shù)下EPDM混煉膠的門尼焦燒和流變數(shù)據(jù)1)

1)ML為最小扭矩；MH為最大扭矩；t90為工藝正硫化時(shí)間；ts1為(ML+1)時(shí)對應(yīng)的硫化時(shí)間；ts5為(MH+5)時(shí)對應(yīng)的硫化時(shí)間。

2.2 物理機(jī)械性能

表2對比了EPDM混煉膠未經(jīng)過高溫高濕環(huán)境儲存的物理機(jī)械性能和經(jīng)歷3次、5次高溫高濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后的物理機(jī)械性能，結(jié)果并無差異，說明高溫高濕的模擬條件對膠料的初始物性沒有影響。

表2 高溫高濕條件下不同循環(huán)次數(shù)下EPDM混煉膠的物性

2.3 熱力學(xué)行為

圖1對比了未經(jīng)過高溫高濕環(huán)境儲存和分別經(jīng)歷1次、3次、5次高溫高濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后混煉膠的DSC數(shù)據(jù)。從圖1可以看到,在-50 ℃左右出現(xiàn)吸熱峰，當(dāng)溫度達(dá)到Tg時(shí)，高分子的分子鏈開始運(yùn)動帶來熱效應(yīng)，因此該吸熱峰對應(yīng)的溫度即為Tg。對比老化箱中放置不同時(shí)間的膠料測試所得的Tg可知，膠料在高溫下放置不同時(shí)間，Tg并不發(fā)生變化，說明高溫放置膠料并不影響膠料的熱效應(yīng)[3]。

溫度/℃圖1 高溫高濕條件下不同循環(huán)次數(shù)下EPDM混煉膠的DSC圖

2.4 膠料組分

圖2對比了未經(jīng)過高溫高濕環(huán)境儲存和分別經(jīng)歷不同次數(shù)高溫高濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后混煉膠的EDX數(shù)據(jù)圖。

元素名稱圖2 高溫高濕條件下不同循環(huán)次數(shù)下混煉膠的元素含量對比

從圖2可以看出，該混煉膠中的主要元素為C、O、Si、Al、Ca、Mg、S，從不同元素含量的對比明顯看出，雖然經(jīng)歷了高濕度環(huán)境，會有水分深入混煉膠的內(nèi)部，但是其對膠料主要元素含量的影響不大，尤其是氧元素的含量基本保持穩(wěn)定，也就是說水分不會對混煉膠主要組分產(chǎn)生大的影響，這一點(diǎn)也可以從表3混煉膠水分含量的對比得到再次印證[4]。

表3 高溫高濕條件下不同循環(huán)次數(shù)下混煉膠的水分含量

2.5 RPA數(shù)據(jù)分析

圖3對比了未經(jīng)過高溫高濕環(huán)境儲存和分別經(jīng)歷不同次數(shù)高溫高濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后混煉膠的RPA彈性扭矩隨時(shí)間變化情況。

時(shí)間/min圖3 彈性扭矩隨時(shí)間的變化圖

測試溫度為191 ℃，測試時(shí)間為6 min，經(jīng)歷5次高溫高濕循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，ML沒變化，MH略有降低，這也再次印證膠料的硫化速度和硫化程度不會因?yàn)楦邷馗邼穸l(fā)生變化[5-6]。

2.6 膠管性能

表4為膠料分別在高溫高濕模擬環(huán)境及常溫條件下儲存后擠出膠管的性能對比。從表4可以看出，經(jīng)過高溫高濕膠料的初始附著力變差，但可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這是由高濕度帶來的輕微負(fù)面影響。初始爆破值基本不變，膠管冷彎及膠條冷彎都沒有問題，這與2.2中提到的膠料物理機(jī)械性能未發(fā)生變化的結(jié)果也是吻合的。壓力脈沖過程中膠管性能良好且沒有任何損壞，經(jīng)過高溫高濕膠料的脈沖后爆破值可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但略微有所下降?？傮w來說經(jīng)過5個(gè)高溫高濕循環(huán)，膠管初始附著力和脈沖后爆破值略有降低，但依然可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 膠管性能對比

3 結(jié) 論

(1)模擬夏季長途運(yùn)輸過程中的高溫高濕條件，得到經(jīng)過模擬長途運(yùn)輸后的混煉膠。

(2)夏季長途運(yùn)輸不會影響混煉膠的擠出加工性能和硫化安全性能，膠料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和模量等物理機(jī)械性能也不會受夏季高溫運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

(3)即使經(jīng)歷了苛刻的夏季運(yùn)輸環(huán)境，膠料在制備成膠管后，只有附著力會有輕微下降，其他性能幾乎沒有差異，可以滿足客戶標(biāo)準(zhǔn)要求，不會影響產(chǎn)品的實(shí)際使用。

(4)EPDM混煉膠在夏季長途運(yùn)輸過程中的穩(wěn)定性能為企業(yè)外購運(yùn)輸EPDM混煉膠提供了一定的安全保障。