三元乙丙橡胶抗撕裂性能的研究

2011-10-17满敬国陈国栋刘生兰钱伟国

世界橡胶工业 2011年1期

关键词：胶料硫化配方

满敬国，陈国栋，刘生兰，钱伟国

(1.溧阳振大铁路设备有限公司，江苏溧阳213300;2.哈金森工业橡胶制品(苏州)有限公司，江苏苏州215122)

三元乙丙橡胶抗撕裂性能的研究

满敬国1，陈国栋2，刘生兰2，钱伟国2

(1.溧阳振大铁路设备有限公司，江苏溧阳213300;2.哈金森工业橡胶制品(苏州)有限公司，江苏苏州215122)

实验采用EPDM配方，通过对硫化体系、补强体系和填充体系的变量试验，采用正交试验法考察过氧化物、硫磺、炭黑以及填充纤维四个因子对EPDM抗撕裂性能的影响，具体分析了其差异以及产生的原因，制定了优化的EPDM抗撕裂配方和工艺条件。

EPDM;撕裂强度;最优化工艺条件

EPDM被誉为“无龟裂橡胶”，在通用橡胶中它的耐臭氧性能最好，具有优异的耐老化性能，压缩形变小、弹性好，耐化学试剂性能优异，在电缆、密封、胶辊甚至轮胎胎侧等产品中被广泛应用。但由于 EPDM是由 PE、PP以及少量第三单体聚合而成的，PE、PP均为直链型烯烃，分子支链少，第三单体仅提供少量的双键以供交联，所以硫化胶支联少，不能形成很好的三维网络结构，导致硫化后产品的撕裂性能差，在热启模过程中产品容易被撕裂，在使用条件较苛刻的环境下，产品也很容易被挤压撕裂，影响产品的使用性能。

本文采用过氧化物与硫磺硫化体系并用，采用正交试验法考察了硫化体系、补强填充体系中的助剂对 EPDM抗撕裂性能的影响，然后，对结果进行分析和比较，制定了最优化的EPDM抗撕裂配方。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM 552，韩国SK株式会社产品;快压出炉黑N550，青岛德固萨化工有限公司产品;DCP，上海方锐达化学品有限公司产品;碳纳米纤维，Showa Denko K.K.公司产品;其它原材料为常见市售商品。

1.2 实验基本配方

EPDM 552：100，ZnO：5，硬脂酸：1，防老剂：1，软化剂：2，促进剂 M：0.5，DCP：变量，S：变量，N550：变量，碳纳米纤维：变量。

1.3 主要仪器和设备

X(K)—160开炼机(上海橡胶机械厂);QLB平板硫化机(上海第一橡胶机械厂);AI—8000S电子拉力机(台湾高铁科技股份有限公司);QP—16型橡胶、塑料冲片机(上海化工机械四厂);MM4130C无转子硫化仪(北京瑞达宇辰仪器有限公司);

1.4 试样制备

用X(K)—160开炼机进行塑炼和混炼，辊温40～50℃

破胶(2 mm，三次)→薄通(0.2 mm，6次)→放厚(5 mm，3次)→下片→将辊距调节至2 mm，塑炼胶包辊后，先加入硬脂酸和防老剂→缓慢加入炭黑和软化剂及碳纳米纤维→加硫磺、DCP及促进剂→打三角包(1 mm，5个)→下片(5 mm)。

停放8 h后按MM4130C无转子硫化仪所测得的时间，采用QLB平板硫化机在170℃下对试样进行硫化。

1.5 性能测试

撕裂强度按 GB/T529—1999测定，拉伸速率为500 mm/min

1.6 正交试验设计

影响混炼胶撕裂性能的因素主要有DCP(A)、S(B)、N550(C)、碳纳米纤维(D)，其因子水平如表1所示。

表1 试验因子水平

选择L16(44)正交试验表来安排试验，如表2所示。

2 结果与讨论

2.1 正交试验结果

根据表2设计共安排了16次试验，考察了A、B、C和D四个因子对硫化胶力学性能的影响，结果如表2所示。

从表2可以看出，随着工艺条件参数的改变，混炼胶的撕裂强度发生了很大的差异，为得到抗撕裂性能优异的硫化胶胶料，必须优化EPDM胶料配方。

2.2 工艺条件的确定

撕裂强度是表征硫化胶制品能够抵抗撕裂的极限能力，是评价硫化胶质量最重要的依据之一，因此，该试验选取硫化胶的撕裂强度为考察指标并进行正交试验分析，以确定EPDM抗撕裂配方中各组分的最佳配比。正交试验结果以及分析计算见表2和表3所示。

表2 正交试验结果

表3 方差分析表

从表3可以看出，因子D的影响都是极其显著的，而因子A、B、C的影响也达到了较高水平，这是因为过氧化物硫化EPDM，在交织网络中形成的短而且稳定的C—C交联键，化学稳定性好，在网络承受外力作用时，产生断裂需要吸收较高的能量，从而起到耗损外力，抗击外力的作用。C—C交联键运动性差，在外力作用下相对滑动较困难，因此，网络中形成过多的C—C交联键会影响EPDM的抗撕裂性能。而硫磺硫化体系形成的单硫键或多硫键在主链承受外力时可以相对滑动，具有在一定程度上使断裂化学键重新生成的能力，起到延缓破坏的作用。但含硫化学键的化学稳定性和耐热性差，尤其在热环境下EPDM的抗撕裂性能会比较差。为使胶料具有良好的综合性能，我们采用了硫磺和过氧化物并用的硫化体系。炭黑作为补强材料可将大分子链吸附在其表面，形成海岛结构，使分子链更好地结合起来，从而分散外应力，使更多的大分子均匀地分散外负荷，避免因某个分子的断裂而形成应力集中。但是，过多的炭黑会造成 EPDM吃料困难，混炼不均，造成应力集中，而且过多的炭黑会影响EPDM的弹性，同样也会降低其抗撕裂性能。碳纳米纤维填料对EPDM的抗撕裂性能有明显的改善作用，这是因为碳纳米纤维的长径比大，在混入胶料后容易取向，可明显提高胶料的定伸应力、撕裂强度和抗切割破坏力，但加入过量的碳纳米纤维，会使其在胶料中分散不均，从而影响硫化胶的综合性能。因此，对于A、B、C和D因子要选最好的水平，通过对比表5中 T1、T2和 T3的大小给出硫化胶拉伸强度最佳水平组合为A3B1C2D2，即 DCP：3，S：0.3，N550：65，碳纳米纤维：5。