改性煅燒陶土在三元乙丙橡膠軟管膠料中的應(yīng)用

虎偉偉，褚靜，孫遠波，趙曉納

(陜西耐特橡膠實業(yè)有限公司，陜西 寶雞 721100)

三元乙丙橡膠（EPDM）具有優(yōu)良的綜合性能，如良好的耐低溫曲撓性、優(yōu)異的耐熱老化性能、耐輻射性、耐候性、耐臭氧性、耐化學(xué)藥品性能及電絕緣性能，應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于汽車部件中的膠管、密封條等產(chǎn)品中[1~2]。

陶土（分子式為Al2O3.SiO2.nH2O）是一種價格低廉的半補強劑，它是巖石風(fēng)化物經(jīng)過風(fēng)選、漂選、沉淀等加工過程而制成的。它具有片狀結(jié)構(gòu)，每個小微粒都是六角形片狀，這些片狀粒子在流動方向上成行排列[3]，這樣在加工過程中能起到潤滑作用，所以含陶土的膠料容易加工。它可增大膠料挺性和減少收縮率，是炭黑的良好分散劑，對橡膠有一定的補強作用[4]。煅燒陶土是陶土經(jīng)煅燒脫水、除去揮發(fā)性雜質(zhì)而制得，但其粒子表面固有的親水疏油性，導(dǎo)致在橡膠中分散困難，達不到理想的補強效果。因此，對煅燒陶土進行表面改性處理，增強其與橡膠基體之間的界面相容性，可部分替代傳統(tǒng)的補強劑炭黑。

本項目采用有機硅改性的煅燒陶土部分替代炭黑，研究了改性煅燒陶土用量對三元乙丙橡膠軟管膠料工藝性能、力學(xué)性能、熱空氣老化性能、壓縮永久變形性能、耐冷卻液性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

EPDM，牌號5890F，韓國SK產(chǎn)品；改性煅燒陶土，浙江同富納米材料有限公司產(chǎn)品，炭黑，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；防老劑、納米碳酸鈣、石蠟油、硫磺、促進劑等均為市售品。

1.2 主要設(shè)備及儀器

密煉機XSM-2，上海科創(chuàng)橡塑機械設(shè)備有限公司；開煉機XK-160，青島鑫城一鳴橡膠機械有限公司；100 t電熱平板硫化機，深圳市新勁力機械有限公司；橡膠無轉(zhuǎn)子硫化儀，萬能材料拉力試驗機，測厚儀，邵氏硬度計，橡膠老化試驗機，均為臺灣松恕檢測儀器有限公司；壓縮永久變形裝置，揚州市江都凱德試驗機械有限公司。

1.3 混煉膠配方及制備工藝

混煉膠配方（單位：份）：EPDM 100，氧化鋅 5，硬脂酸1.5，防老劑 1.5，硫磺 0.8，促進劑3.8，納米碳酸鈣 25，石蠟油35，補強填充劑如表1所示。

表1 補強填充體系組成 單位：份

制備工藝：將EPDM加入密煉機中塑煉3 min，然后加1/2補強填充體系（炭黑、改性煅燒陶土、納米碳酸鈣）、防老劑混煉1 min，再加入剩余的1/2補強填充體系、和增塑劑進行混煉，125 ℃排膠。在開煉機上加硫化劑，吃粉完后左右割刀3次，打三角包6次，再打大卷5個，最后下片。適當(dāng)停放后，進行硫化特性測試及試樣制備。

1.4 性能測試

混煉膠硫化特性按照GB/T 16584—1996測試，測試條件160 ℃×30 min，混煉膠門尼黏度按照GB/T 1231.1—2016測試，測試條件[ML(1+4)100 ℃]，邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008測試，拉伸性能按照GB/T 528—2009測試，撕裂強度按照GB/T 529—2008測試，方法B，耐熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2014測試，測試條件110 ℃×72 h，壓縮永久變形性能GB/T 7759.1—2015測試，測試條件110 ℃×24 h，耐冷卻液性能按照GB/T 1690—2010測試，測試條件100 ℃×24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料工藝性能的影響

表2為改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料工藝性能的影響。

表2 不同用量改性煅燒陶土膠料的工藝性能

由表2可以看出：改性煅燒陶土用量的變化對混煉膠料門尼黏度和硫化特性有著一定的影響，隨著改性煅燒陶土用量的增大，混煉膠料門尼黏度逐漸減小，焦燒時間T10逐漸增大，因DPG吸著率較大，對膠料硫化速度有一定影響，這也提高了擠出膠管膠料的安全操作性，正硫化時間T90逐漸增大，但在改性煅燒陶土用量30份以內(nèi)時增量比較小，最小扭矩ML和最大扭矩MH也是依次減小。

2.2 改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料力學(xué)性能的影響

表3為改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠力學(xué)性能的影響。

由表3可以看出：隨著改性煅燒陶土用量的增大，膠料的硬度呈減小趨勢，說明等份數(shù)的炭黑和改性煅燒陶土，改性煅燒陶土對膠料的補強性能及硬度貢獻值比炭黑低，100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、拉伸強度逐漸減小，但1#~3#相差不大，拉斷伸長率先增大后減小，當(dāng)改性煅燒陶土用量為20份時出現(xiàn)最大值419%，原因是改性煅燒陶土結(jié)構(gòu)呈薄片狀、柔韌性好，使其沿著片層方向具有良好的拉伸強度和伸長率。撕裂強度1#~4#基本未有變化，當(dāng)改性煅燒陶土用量增至40份時，撕裂強度下降比較明顯。綜合來看，使用20份改性煅燒陶土替代炭黑的3#配方膠料力學(xué)性能最佳。

表3 不同用量改性煅燒陶土膠料的力學(xué)性能

2.3 改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料熱空氣老化性能的影響

表4為改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠熱空氣老化性能的影響。

表4 不同用量改性煅燒陶土膠料的熱空氣老化性能

由表4可以看出：隨著改性煅燒陶土用量的增大，老化后膠料的硬度均比老化前有所增加，但增幅依次減小，老化后的拉伸強度變化率和拉斷伸長率變化率均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，說明隨改性煅燒陶土用量的增大，可以提高膠料的耐熱空氣老化性能，但用量過大，對熱老化性能有反作用。綜合來看，使用20份改性煅燒陶土替代炭黑的3#配方膠料耐熱空氣老化性能最好，硬度變化為+3，拉伸強度變化率為-7%，拉斷伸長率變化率為-14%。

2.4 改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料壓縮永久變形的影響

表5為改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠壓縮永久變形性能的影響。

表5 不同用量改性煅燒陶土膠料的壓縮永久變形性能

由表5可以看出：隨著改性煅燒陶土用量的增大，膠料的壓縮永久變形先減小后增大，其分析原因為，少量改性煅燒陶土替代炭黑時，由于改性煅燒陶土的活性基團與橡膠有良好的親和性，使得與EPDM分子鏈之間發(fā)生關(guān)聯(lián)，對EPDM分子鏈起到了一定的約束作用，同樣也使交聯(lián)密度有所提高，改善了壓縮永久變形，而當(dāng)大量改性煅燒陶土替代炭黑時，造成了膠料中的陶土顆粒結(jié)塊，而陶土本身為片層狀結(jié)構(gòu)，大量陶土堆疊后發(fā)生難以恢復(fù)的層與層之間的位移，從而使壓縮永久變形增大。

2.5 改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠料耐冷卻液性能的影響

表6為改性煅燒陶土用量對EPDM橡膠軟管膠耐冷卻液性能的影響。

表6 不同用量改性煅燒陶土膠料的耐冷卻液性能

由表6可以看出：隨著改性煅燒陶土用量的增大，橡膠軟管膠料耐冷卻液性能的硬度變化、體積變化率均減小，但減小的幅度不大，可能是由于改性煅燒陶土的加入一定程度上增加了橡膠軟管膠料的交聯(lián)密度，從而提高了膠料的耐介質(zhì)性能，拉斷伸長率變化率在改性煅燒陶土為20份時最小，為-14%，拉伸強度變化率逐漸減小，綜合來看，使用20份改性煅燒陶土替代炭黑的3#配方膠料耐冷卻液性能最好。

3 結(jié)論

本試驗研究結(jié)果表明，在EPDM橡膠軟管膠料配方中，使用改性煅燒陶土部分替代炭黑對膠料性工藝能有一定的影響，通過對比，隨著膠料中改性煅燒陶土用量的增加，膠料力學(xué)性能、熱空氣老化性能及壓縮永久變形性能、耐冷卻液也均呈現(xiàn)出一定的變化。經(jīng)綜合評定，當(dāng)使用20份改性煅燒陶土替代炭黑時，EPDM橡膠軟管膠料的工藝性能、力學(xué)性能、熱空氣老化性能、壓縮永久變形性能、耐冷卻液性能最佳。并且含本品的膠料加工容易，壓出物表面光滑，增加了管坯的挺性并且減少了收縮率。