超高分子量三元乙丙橡膠材料的性能研究*

李 鵬，王顯妮，高 茜

（1 陜西省石油化工研究設(shè)計院 高分子材料研究所，陜西西安 710069；2 咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，陜西咸陽 712000）

近年來，由于汽車產(chǎn)量不斷擴大，汽車用橡膠配件需求量猛增。目前，國內(nèi)汽車減震件使用的減震材料主要是天然橡膠[1]。天然橡膠雖然有較好的回彈性和優(yōu)異的物理性能，但耐臭氧和耐熱性差[2]，最高使用溫度僅為100℃，導(dǎo)致天然橡膠類的減震件使用壽命嚴(yán)重縮短。

超高分子量三元乙丙橡膠具有良好的耐熱耐臭氧性能[3]，且分子量和天然橡膠相當(dāng)，能夠保證材料較高的強度和良好的彈性[4]。為使超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機械性能、耐熱空氣老化性能和較低的壓縮永久變形，本文主要從補強體系、增塑劑種類及硫化體系的選擇研究其對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

三元乙丙橡膠、天然膠乳、納米氧化鋅、硬脂酸、炭黑、防老劑、增塑劑、工藝助劑等,均為橡膠工業(yè)市售品。

1.2 主要儀器與設(shè)備

開煉機（XK-160A），上海橡膠機械廠；密煉機（XN-160），大連橡膠機械廠；平板硫化機（QLB-D），江蘇海門縣輕工機械廠；老化箱（401A），上海實驗儀器總廠；電子拉力機（PT-1176P），臺灣寶大國際儀器有限公司；硫化儀（MDR-2000E），無錫蠡園電子化工設(shè)備廠；門尼粘度儀（UM-2050），臺灣優(yōu)肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 補強體系對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

選用DZ-13 炭黑和N550 炭黑作為補強體系，兩種炭黑不同用量對超高分子量三元乙丙橡膠的物理性能、熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能的影響見表1。

從表1 可以看出，補強體系中隨著DZ-13 炭黑用量的增加，硫化膠的硬度逐漸升高，伸長率和扯斷強度表現(xiàn)為先升高再降低。分析原因認(rèn)為，DZ-13 炭黑由于粒徑較小，結(jié)構(gòu)性較高，其對超高分子量三元乙丙橡膠的補強效果優(yōu)于N550 炭黑[5]。結(jié)果表明，加入25 份N550炭黑和45 份DZ-13 炭黑時超高分子量三元乙丙橡膠的扯斷強度和斷裂伸長率較高，熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能適中。因此,選用N550 炭黑25 份與DZ-13炭黑45 份并用作為適合的補強體系用量。

表1 補強體系對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響Table 1 Effect of reinforcement system on the properties of ultra-EPDM

2.2 增塑劑對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

增塑劑的加入能夠增大大分子鏈橡膠分子的可塑性。增塑劑石蠟油、環(huán)烷油及芳香油對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響見表2。

表2 增塑劑對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響Table 2 Effect of plasticizer types on the properties of ultra-EPDM

從表2 可以看出，加入石蠟油的超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形。同時，石蠟油具有較低的芳香烴含量和揮發(fā)性，低芳烴含量能夠提高橡膠的抗氧化降解性能，而低揮發(fā)性有助于防止膠料老化收縮，在改善橡膠制品的外觀的同時，能夠延長橡膠制品的使用壽命[6]。因此，選擇石蠟油作為超高分子量三元乙丙橡膠材料適合的增塑劑。

2.3 硫化體系對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

不同的硫化體系對橡膠材料的剛度、阻尼系數(shù)、耐熱性、耐疲勞性等均有影響。一般常用硫磺體系進(jìn)行硫化，由于硫磺體系中含有多硫鍵，能夠提高膠料的減震和耐動態(tài)疲勞性能，但會對膠料的耐熱性能產(chǎn)生影響。根據(jù)超高分子量三元乙丙橡膠配方中的生膠比例，采用正交實驗法（見表3、表4、表5），研究促進(jìn)劑S、CZ、DTDM、M 的用量對超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響，結(jié)果見表5。

表3 正交試驗的因子和水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiments

表4 正交試驗組合Table 4 Combinations of orthogonal experiments

表5 L9(34)正交試驗結(jié)果Table 5 Resluts of orthogonal experiments

從表3～表5 可以看出，隨著促進(jìn)劑CZ 用量的增加，硫化膠的壓縮永久變形逐漸降低；增加促進(jìn)劑DTDM 的用量，提高了硫化膠的伸張疲勞系數(shù)；增加促進(jìn)劑M 的用量，硫化膠的扯斷伸長率逐漸增大。為保證超高分子量三元乙丙橡膠具備較高的扯斷伸長率，較低的壓縮永久變形和伸張疲勞系數(shù)，確定硫化體系的最佳水平組合為：S1.0、CZ1.5、DTDM 1.4、M0.5。

3 結(jié)論

（1）加入25 份N550 炭黑和45 份DZ-13 炭黑時，超高分子量三元乙丙橡膠的扯斷強度和斷裂伸長率較高，熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能穩(wěn)定。

（2）加入石蠟油的超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形。

（3）選用S1.0、CZ 1.5、DTDM 1.4、M0.5 的硫化體系，制備的超高分子量三元乙丙橡膠具備較高的扯斷伸長率、較低的壓縮永久變形和伸張疲勞系數(shù)。