三种环保石蜡油对EPDM性能的影响*

谢士诚，赵 正，赵 帅，李 琳，辛振祥

(青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东 青岛 266042)

三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的共聚物[1-2]，其最大的特点是主链完全饱和，所以这类橡胶具有优异的耐热、耐氧及耐候等性能，在工业、汽车、防水等方面有着广泛的应用[3-6]。

橡胶填充油作为橡胶制品生产过程中的主要原料之一[7-10]，不仅可以降低橡胶的黏度，改善橡胶的塑性，有效降低混炼温度，而且可以降低生产成本。橡胶填充油的分类，依据其化学组成和物理性质可以分为芳烃型、环烷烃型和链烷烃型三种[11-12]。

EPDM本身没有自补强性，必须配大量补强剂，但其对炭黑等补强填充剂的湿润性较差，为提升补强填充剂的分散性，可采用添加石蜡油等操作助剂的方法[13]。石蜡油又称为链烷烃油，多用于EPDM等饱和橡胶中，能改善橡胶的机械性能，污染较小，作为增塑剂用于饱和的乙丙橡胶，可以降低胶料黏度，有利于填料在胶料中的分散，改善胶料加工性能[14-17]。本实验研究了三种不同型号环保石蜡油对EPDM性能的影响，并对其影响规律进行了对比分析。

1 实验部分

1.1 原料

EPDM 4570、EPDM 4770：德国朗盛公司；炭黑N774：上海博卡化工有限责任公司；石蜡油2310、石蜡油2280、石蜡油5201：青岛泰洋圣化工有限公司；ZnO、硬脂酸：南京鼎文油脂化工有限公司；其它均为市售工业品。

1.2 仪器及设备

BL-6175型双辊开炼机：宝轮精密检测仪器有限公司；HS 1007-RTMO型平板硫化机：佳鑫电子设备科技有限公司；I-7000S型电子拉力机、GT M2000-A型无转子硫化仪、GT-7080S2型门尼黏度测量仪：台湾高铁有限公司；RPA 2000型橡胶加工分析仪：ALPHA科技有限公司；傅立叶变化红外分析仪：FTIR VERTEX70，德国BRUKER公司。

1.3 实验配方

实验配方如表1所示,配方中石蜡油用量作为变量，三种石蜡油2310、2280、5201添加量分别为25份、35份、45份。

表1 实验配方1)

1) 其它组分用量(质量份)为：N774 88；填充体系 49；小料 6；硫化体系 10.2。

1.4 试样制备

1.4.1 混炼胶制备

EPDM生胶塑炼后依次加入石蜡油、小料(促进剂、防老剂、防焦剂等)，混炼均匀后加入硫磺，薄通5次，打三角包3次，下片，停放24 h后待用。

1.4.2 硫化试样制备

试样硫化条件：温度为150 ℃，压力为10 MPa，时间为工艺正硫化时间(t90)+2 min。

1.5 性能测试

2 结果与讨论

2.1 三种石蜡油的红外表征

三种石蜡油的红外谱图见图1。

波数/cm-1图1 三种石蜡油的红外谱图

由图1可以看出，三种石蜡油有共同的吸收峰，在2 900 cm-1左右有CH2的C—H伸缩振动峰，在1 464 cm-1和1 377 cm-1左右的吸收峰是CH3的C—H对称和不对称变形振动峰。1 400 cm-1、1 500 cm-1、1 600 cm-1左右是苯环的特征峰，这三种石蜡油的红外谱图显示都含有苯环，石蜡油2310和石蜡油2280苯环特征峰的强度较弱，说明苯环含量较少，石蜡油5201苯环特征峰的强度较强，说明苯环含量较多。三种石蜡油的红外谱图都没有出现稠芳环的特征吸收峰，说明不含非环保的稠芳环结构。

2.2 混炼胶的加工性能

混炼胶的加工性能见图2、图3和图4。

ε/%图2 混炼胶G′-ε关系曲线

ε/%图3 混炼胶G″-ε关系曲线

ε/%图4 混炼胶tan δ-ε关系曲线

由图2和图3可以看出，对于同一种石蜡油，随着添加量增多，储能模量(G′)和损耗模量(G″)均逐渐降低，原因是石蜡油小分子渗透进入橡胶分子链间，增大了分子链间距离，降低了分子链间作用力，网络结构有解缠结趋势，导致G′下降，分子链间作用力弱，分子链间更容易滑移，内摩擦减小，导致G″也降低。由图4可以看出，随着石蜡油添加量的增多，损耗因子(tanδ)也下降。根据图2～图4的变化规律，说明三种石蜡油对EPDM橡胶加工性能的影响近似相同。

2.3 硫化性能

由表2可以发现，固定石蜡油品种时，随着石蜡油添加量增多，EPDM门尼黏度呈明显下降趋势，交联程度降低。主要原因是，石蜡油是一种软化剂，其小分子可以渗透进入橡胶分子链之间，增大分子链间的距离，减小分子链间作用力，使分子链容易移动，导致门尼黏度降低；小分子的渗透对分子链有解缠结作用，使交联程度(MH-ML)下降。比较三种不同的石蜡油可以发现，在加入量相同时，石蜡油5201门尼黏度最低，软化效果最好。由表2还可以看出，加入石蜡油2280后，EPDM的t90短，硫化速率(CRI)快，三种石蜡油对焦烧时间(tc10)没有太大影响，不影响加工安全性。

表2 三种石蜡油对EPDM硫化性能的影响

1)CRI=100/(t90-tc10)。

2.4 物理机械性能

由表3可以看出，随着石蜡油添加量增多，EPDM的拉伸强度逐渐下降，磨耗体积增大，原因是石蜡油渗透到橡胶分子链之间，使分子链间作用力降低，导致在小拉伸力下断裂，并且使磨耗体积增加。拉断伸长率逐渐增加，压缩变形率增大，原因是石蜡油的加入使分子链间作用力降低，导致分子链容易滑移，更容易在拉伸力下有较大伸长率，同时在长时间压缩下，容易发生较大形变。撕裂强度先增大后减小，原因是石蜡油加入量低于35份时，分子链运动能力较强且在外力作用下，分子链在应力集中点发生取向，呈现撕裂强度增大趋势，再继续增加石蜡油用量，分子链滑移速度比取向速度快，导致撕裂强度下降。在相同添加量下，石蜡油2280拉伸强度较大，原因是石蜡油2280中有双键，硫化过程中参与EPDM混炼胶的硫化，因此交联密度增加，拉伸强度提高。

表3 三种石蜡油对EPDM物理机械性能的影响

2.5 耐屈挠疲劳性

由图5可以看出，相同屈挠次数下，随着石蜡油添加量增多，EPDM硫化胶的屈挠切口扩展越少，说明石蜡油能有效提高EPDM耐屈挠疲劳性。原因是石蜡油的加入增加了分子链间的距离，且起到润滑作用，大分子链易运动且不断裂，所以提高了屈挠性能。对比三种石蜡油可以发现，加入45份石蜡油2280屈挠性能最佳。对于石蜡油2310，随着添加量的增多，屈挠性能先提高后下降，在加入35份时屈挠性能最佳，这是由于石蜡油2310在加入量超过35份时硫化胶的硬度急剧下降，所以屈挠性能变差。随着石蜡油2280和石蜡油5201添加量的增多，屈挠性能呈持续上升趋势，说明这两种石蜡油能较好地匹配硫化胶的塑性和硬度。

屈挠次数图5 EPDM硫化胶的屈挠切口变化曲线

3 结 论

(1) 三种石蜡油对焦烧时间没有太大影响，不影响加工安全性。加入石蜡油2280，硫化时间短，硫化速率快。在添加量相同时，石蜡油5201软化效果最好，门尼黏度最低。

(2) 随着石蜡油添加量增多，EPDM的拉伸强度逐渐下降，撕裂强度先增大后减小，磨耗体积增大。相同添加量下，石蜡油2280保持较大的拉伸强度。

(3) 三种石蜡油均使EPDM耐屈挠疲劳性提高，加入45份石蜡油2280时屈挠性能最佳。对于石蜡油2310，随着添加量的增多，屈挠性能先提高后下降，在加入35份时屈挠性能最佳。随着石蜡油2280和石蜡油5201添加量的增多，屈挠性能提高。

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