三元乙丙橡胶EP33和J-4045性能的研究

2018-07-22王海波刘宇鑫谭黎丽

橡胶工业 2018年1期

王海波，付杰，刘宇鑫，谭黎丽

（长春中科应化特种材料有限公司，吉林长春 130012）

三元乙丙橡胶（EPDM）是乙烯、丙烯和非共轭二烯的共聚物，EPDM主链为饱和结构、侧链有少量不饱和基团，独特的分子结构使EPDM具有优异的耐热、耐臭氧、耐腐蚀、电绝缘性能[1-5]，广泛应用于建筑、汽车配件、电缆电线[6-12]等领域。

在众多牌号EPDM产品中，牌号为EP33和J-4045的产品均为低门尼粘度、低乙烯基含量产品，也是用户使用较多的产品，主要用于密封胶条、海绵橡胶与轮胎胎侧胶等。由于二者化学结构与主要性能相似，理论上只需要适当调整配方和加工工艺即可相互替代[13]。

本工作用橡胶加工分析仪研究这两种EPDM生胶、混炼胶和硫化胶的损耗因子（tanδ）与频率（f）和应变（ε）的关系，以考察胶料的动态性能,并对比两种EPDM硫化胶的物理性能，为二者相互替代提供指导。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM，EP33，日本JSR公司产品；J-4045，中国石油吉林化学工业公司产品。炭黑N330，龙星化工股份有限公司产品。

1.2 试验配方

EPDM 100，炭黑N330 35，氧化锌 4，硬脂酸 1，防老剂RD 2，石蜡 1，硫黄 1.5，促进剂CZ 1，促进剂TMTD 0.5，合计 146。

1.3 主要设备和仪器

GK-1.5 L型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；Ф150 mm×320 mm开炼机，广东省湛江机械厂产品；KY-3201-M 50T型平板硫化机，东莞市开研精密机械设备厂产品；MV2000型门尼粘度仪、MDR2000型硫化仪和RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；CMT4203型电子万能实验机，美斯特工业系统（中国）有限公司产品；GT-7042-RE型回弹性能测试仪和GT-7017-NMU型热空气老化箱，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料分两段在密炼机中混炼。一段混炼转子转速为40 r·min-1，压砣压力为0.35 MPa。加料顺序为：生胶→炭黑和小料→清扫→排胶。胶料在开炼机上下片，冷却，停放16 h以上。二段混炼转子转速为20 r·min-1，压砣压力为0.35 MPa。加料顺序为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→清扫→排胶。胶料在开炼机上下片，冷却。

1.5 性能测试

胶料动态性能用橡胶加工分析仪测试，物理性能按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 动态性能

2.1.1 生胶

两种EPDM生胶的理化性质如表1所示。

表1 两种EPDM生胶的理化性质

从表1可以看出：与EP33生胶相比，J-4045生胶的乙烯基质量分数较大，即丙烯基质量分数较小，说明其生胶强度较高；J-4045生胶的碘值较小，说明其不饱和度较低，双键较少[14]。

EP33和J-4045生胶门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]测试结果分别为43.4和44.4，J-4045的门尼粘度比EP33生胶略高。

用橡胶加工分析仪对两种EPDM生胶分别进行频率扫描（温度为100 ℃，ε为7%）和应变扫描（温度为100 ℃，f为0.1 Hz），曲线分别如图1和2所示。

从图1和2可以看出，无论是频率扫描还是应变扫描，EP33和J-4045生胶的tanδ值和变化趋势都基本相似，这说明EP33和J-4045生胶的平均相对分子质量及其分布相差不大，可以推断这两种EPDM在理论上能相互替代。

图1 两种EPDM生胶的tanδ-f曲线

图2 两种EPDM生胶的tanδ-lgε曲线

2.1.2 混炼胶

测试EP33和J-4045混炼胶的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]，结果分别为49.5和为50.1，二者非常接近。

用橡胶加工分析仪对两种EPDM混炼胶分别进行频率扫描（温度为100 ℃，ε为7%）和应变扫描（温度为100 ℃，f为0.1 Hz），曲线分别如图3和4所示。

从图3和4可以看出，与EP33混炼胶相比，J-4045混炼胶的tanδ略小，但差异很小。通过调整混炼时间，可以使这两种EPDM混炼胶的工艺性能接近。

图3 两种EPDM混炼胶的tanδ-f曲线

两种EPDM混炼胶的硫化曲线（温度为100 ℃）如图5所示。

从图5可以看出，与EP33混炼胶相比，J-4045混炼胶的硫化速率略小、弹性转矩（S′）明显较低。这是由于J-4045生胶的碘值较小，即不饱和度较低，因此硫化速率较小[15]。

图4 两种EPDM混炼胶的tanδ-lgε曲线

图5 两种EPDM混炼胶的硫化曲线

2.1.3 硫化胶

在硫化结束后，用橡胶加工分析仪对硫化胶进行频率扫描（温度为60 ℃，ε为2%），两种EPDM硫化胶的tanδ-f曲线如图6所示。

图6 两种EPDM硫化胶的tanδ-f曲线

从图6可以看出，与EP33硫化胶相比，J-4045硫化胶的tanδ较大，说明J-4045硫化胶的动态滞后损失较大，这与图5中J-4045混炼胶的S′较小相对应。

2.2 硫化胶物理性能

两种EPDM硫化胶的物理性能如表2所示。

表2 两种EPDM硫化胶的物理性能

从表2可以看出，与EP33硫化胶相比，J-4045硫化胶的硬度、100%和300%定伸应力相当，拉伸强度和拉断伸长率较大，回弹值略小，耐热老化性能略好。这是由于J-4045乙烯基质量分数略大，生胶强度较高，因此硫化胶的拉伸强度较高。另外，J-4045生胶碘值略小，耐热老化性能较好；同时由于J-4045丙烯基质量分数较小，分子链上的叔碳原子略少，也使其耐老化性能略好[16]。J-4045硫化胶回弹值较小与图5中J-4045混炼胶的S′较小一致。

从表2还可以看出，与EP33硫化胶相比，J-4045硫化胶的压缩永久变形较大。作为最常用的密封制品主体材料之一，EPDM胶料的耐压缩永久变形性能一直备受关注。J-4045生胶碘值较小，不饱和度越低，压缩永久变形较大[17]。这也与图6中tanδ的变化趋势相符，J-4045硫化胶的tanδ较大，压缩永久变形较大。

由于J-4045硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率较高，压缩永久变形较大，回弹值略小，从配方设计的角度考虑，将J-4045硫化胶的补强体系用量减小、硫化体系用量增大，即可将其性能调节到与EP33硫化胶基本一致的水平。