BIPB/S/DTDM/CZ復(fù)合硫化體系在EPDM橡膠軟管膠料中的應(yīng)用

虎偉偉

(陜西耐特橡膠實(shí)業(yè)有限公司，陜西 寶雞 721100)

眾所周知，三元乙丙橡膠（EPDM）聚合物主鏈?zhǔn)峭耆柡偷?，使得具有?yōu)異的耐熱老化性能、耐候性、耐臭氧性、耐化學(xué)藥品性及電絕緣性能，應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于汽車(chē)部件中的膠管、密封條等產(chǎn)品中[1～2]。EPDM橡膠可以采用普通硫磺硫化體系、硫磺給予體硫化體系、過(guò)氧化物硫化體系、反應(yīng)性樹(shù)脂硫化體系等進(jìn)行硫化[3～5]。不同的硫化體系直接影響著膠料的硫化特性和硫化膠的物理機(jī)械性能以及耐熱老化性能。實(shí)驗(yàn)證明，采用硫磺硫化體系的EPDM硫化膠綜合力學(xué)性能好，耐熱氧老化及耐壓縮永久變形性較差，采用過(guò)氧化物硫化體系的EPDM硫化膠具有較好的耐熱氧老化和耐壓縮永久變形性，抗撕裂性及其它性能均較差。

所以本文對(duì)比硫磺硫化體系、過(guò)氧化物硫化體系、復(fù)合硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料性能的影響，并采用BIPB/S/DTDM/CZ復(fù)合硫化體系通過(guò)正交試驗(yàn)法研究了EPDM橡膠軟管膠料焦燒時(shí)間T10、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形性能，優(yōu)化了該硫化體系的配比，得到了性能優(yōu)良的橡膠軟管膠料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號(hào)5890F，韓國(guó)SK產(chǎn)品，炭黑，上?？ú┨靥亢诨び邢薰井a(chǎn)品，改性煅燒陶土，浙江同富納米材料有限公司產(chǎn)品，BIPB（無(wú)味DCP），湖南以翔化工有限公司，防老劑，納米碳酸鈣、石蠟油、硫磺、促進(jìn)劑DTDM、促進(jìn)劑CZ等均為市售品。

1.2 主要設(shè)備及儀器

密煉機(jī)XSM-2，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司，開(kāi)煉機(jī)XK-160，青島鑫城一鳴橡膠機(jī)械有限公司，100 t電熱平板硫化機(jī)，深圳市新勁力機(jī)械有限公司，橡膠無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，萬(wàn)能材料拉力試驗(yàn)機(jī)，測(cè)厚儀，邵氏硬度計(jì)，橡膠老化試驗(yàn)機(jī)，均為臺(tái)灣松恕檢測(cè)儀器有限公司，壓縮永久變形裝置，揚(yáng)州市江都凱德試驗(yàn)機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)配方

基本配方（單位：份）：EPDM 100，氧化鋅 5 硬脂酸 1.5 防老劑 1.5，納米碳酸鈣 25，石蠟油30，炭黑 50，改性煅燒陶土 20份，硫化體系見(jiàn)表1：

表1 硫化體系

1.4 制備工藝

將EPDM加入密煉機(jī)中塑煉3 min，然后加活性劑、防老劑，2 min后加1/2補(bǔ)強(qiáng)填充體系（炭黑、改性煅燒陶土、納米碳酸鈣），3 min再加入剩余的1/2補(bǔ)強(qiáng)填充體系、增塑劑進(jìn)行混煉，125 ℃排膠。在開(kāi)煉機(jī)上加硫化促進(jìn)劑，吃粉完后左右割刀3次，打三角包6次，再打大卷5個(gè)，最后下片并停放16 h以上。硫化儀測(cè)定硫化曲線并制樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，硫化膠硫化條件為170 ℃×t90。

1.5 性能試驗(yàn)

混煉膠硫化特性按照GB/T16584—1996測(cè)試，測(cè)試條件170 ℃×30min，邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008測(cè)試，拉伸性能按照GB/T 528—2009測(cè)試，耐熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2014測(cè)試，測(cè)試條件110 ℃×72 h，壓縮永久變形性能GB/T7759.1—2015測(cè)試，測(cè)試條件110 ℃×24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料性能的影響

表2為硫磺硫化體系、過(guò)氧化物硫化體系、復(fù)合硫化體系三種不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料的性能。硫磺硫化體系生成的是多硫交聯(lián)鍵，而在高溫長(zhǎng)時(shí)間的老化作用下，會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)鍵的斷裂，對(duì)于壓縮永久變形，在交聯(lián)鍵斷裂后，發(fā)生應(yīng)力松弛，分子鏈產(chǎn)生位移，斷裂后的交聯(lián)鍵遇到活性點(diǎn)會(huì)生成新的交聯(lián)鍵，從而使分子鏈恢復(fù)受阻，造成壓縮永久變形增加；過(guò)氧化物硫化體系及復(fù)合硫化體系生成的主要是C—C交聯(lián)鍵，鍵能高，在受力、受熱情況下不易受損，所以在熱空氣老化及壓縮變形后的變化率小。同時(shí)從表2可以看出采用復(fù)合硫化體系的EPDM橡膠軟管膠料焦燒時(shí)間T10處于中間位置，說(shuō)明交聯(lián)劑對(duì)焦燒時(shí)間T10有一定的延遲作用，提高了操作安全性，T90硫化時(shí)間反映出復(fù)合硫化體系對(duì)硫化平坦度有一定的影響。拉伸強(qiáng)度硫磺硫化體系最高，復(fù)合硫化體系次之，過(guò)氧化物硫化體系最低，扯斷伸長(zhǎng)率復(fù)合硫化體系最高，壓縮永久變形復(fù)合硫化體系最小，熱空氣老化性能復(fù)合硫化體系最優(yōu)，過(guò)氧化物硫化體系次之，硫磺硫化體系第三。綜合以上性能來(lái)看，EPDM橡膠軟管膠料優(yōu)先選用復(fù)合硫化體系。

表2 三種不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料的性能

2.2 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.2.1 正交表的特性及選用

進(jìn)行多因素和多水平試驗(yàn)時(shí)，選用正交試驗(yàn)法的好處在于：①均勻分散性，即實(shí)驗(yàn)條件均為分散于配合完全水平組合之中，代表性強(qiáng)；②整體可比性，即對(duì)于每列因素，在各個(gè)水平之和中其他因素各個(gè)水平的出現(xiàn)次數(shù)都是相同的，最大限度的排除了其他因素的干擾，便于得出合理的結(jié)論[6～7]。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)因子、水平的確定

本文以BIPB，S，DTDM，CZ作為4個(gè)因子，每個(gè)因素各取3個(gè)合適的水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)因子與水平的設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)因子與水平

2.2.3 正交實(shí)驗(yàn)表和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于要考察的因子有4個(gè)，其相對(duì)應(yīng)有3個(gè)水平，忽略各因子間的相互作用，所得正交表應(yīng)該是4因子3水平的，相應(yīng)的正交表頭為L(zhǎng)9(34)，共進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)，分三批進(jìn)行測(cè)試。L9(34)正交表及其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表5至表8。

表4 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 焦燒時(shí)間T10實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表6 拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表7 扯斷伸長(zhǎng)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表8 壓縮永久變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

2.2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

本文主要研究了EPDM橡膠軟管膠料的焦燒時(shí)間T10，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形4種性能。對(duì)以上4種性能可由表5～表8按極差大小排出主次順序，T10為A>D>C>B，拉伸強(qiáng)度為D>C>A>B，扯斷伸長(zhǎng)率為D>A>C>B，壓縮永久變形為B>A>C>D。

在EPDM橡膠軟管膠料正交實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)中，拉伸強(qiáng)度為最重要性能，因素A在拉伸強(qiáng)度中處于第3位，可以選擇A2或A3，在焦燒時(shí)間T10處于最主要位置，可以選擇A1或A2，在扯斷伸長(zhǎng)率和壓縮永久變形均處于第2位，對(duì)扯斷伸長(zhǎng)率來(lái)說(shuō)可以選擇A1或A2，對(duì)壓縮永久變形來(lái)說(shuō)可以選擇A2或A3，綜上考慮因素A應(yīng)該選擇A2。因素B在焦燒時(shí)間T10、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率均處于最次要位置，在壓縮永久變形中處于最主要位置，所以選擇B3。因素C在拉伸強(qiáng)度處于第2位，可以選擇C2或C3，在焦燒時(shí)間T10、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形中均處于第3位，可以選擇C2或C3，綜上考慮因素C可選擇C3。因素D在拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率均處于最主要位置，可以選擇D2或D3，在焦燒時(shí)間T10處于次要位置，可以選擇D1或D2，而在壓縮永久變形處于最次要位置，綜上考慮因素D可選擇D2。

綜上所述，EPDM橡膠軟管膠料復(fù)合硫化體系的最佳配比為A2B3C3D2，即基本方中BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量 1.2，CZ用量 0.9。

3 結(jié)論

（1）采用BIPB/S/DTDM/CZ復(fù)合硫化體系的EPDM橡膠軟管膠料性能的綜合效果比硫磺硫化體系和過(guò)氧化物硫化體系好。

（2）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表明，BIPB的用量是影響焦燒時(shí)間T10的主要因素，S的用量是影響壓縮永久變形的主要因素。

（3）通過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)果及分析，在各因素水平取值范圍內(nèi)，EPDM橡膠軟管膠料采用復(fù)合硫化體系的最佳配比為BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量1.2，CZ用量 0.9。