改性煅烧陶土在三元乙丙橡胶软管胶料中的应用

虎伟伟，褚静，孙远波，赵晓纳

(陕西耐特橡胶实业有限公司，陕西 宝鸡 721100)

三元乙丙橡胶（EPDM）具有优良的综合性能，如良好的耐低温曲挠性、优异的耐热老化性能、耐辐射性、耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性能及电绝缘性能，应用非常广泛，主要应用于汽车部件中的胶管、密封条等产品中[1~2]。

陶土（分子式为Al2O3.SiO2.nH2O）是一种价格低廉的半补强剂，它是岩石风化物经过风选、漂选、沉淀等加工过程而制成的。它具有片状结构，每个小微粒都是六角形片状，这些片状粒子在流动方向上成行排列[3]，这样在加工过程中能起到润滑作用，所以含陶土的胶料容易加工。它可增大胶料挺性和减少收缩率，是炭黑的良好分散剂，对橡胶有一定的补强作用[4]。煅烧陶土是陶土经煅烧脱水、除去挥发性杂质而制得，但其粒子表面固有的亲水疏油性，导致在橡胶中分散困难，达不到理想的补强效果。因此，对煅烧陶土进行表面改性处理，增强其与橡胶基体之间的界面相容性，可部分替代传统的补强剂炭黑。

本项目采用有机硅改性的煅烧陶土部分替代炭黑，研究了改性煅烧陶土用量对三元乙丙橡胶软管胶料工艺性能、力学性能、热空气老化性能、压缩永久变形性能、耐冷却液性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM，牌号5890F，韩国SK产品；改性煅烧陶土，浙江同富纳米材料有限公司产品，炭黑，上海卡博特化工有限公司产品；防老剂、纳米碳酸钙、石蜡油、硫磺、促进剂等均为市售品。

1.2 主要设备及仪器

密炼机XSM-2，上海科创橡塑机械设备有限公司；开炼机XK-160，青岛鑫城一鸣橡胶机械有限公司；100 t电热平板硫化机，深圳市新劲力机械有限公司；橡胶无转子硫化仪，万能材料拉力试验机，测厚仪，邵氏硬度计，橡胶老化试验机，均为台湾松恕检测仪器有限公司；压缩永久变形装置，扬州市江都凯德试验机械有限公司。

1.3 混炼胶配方及制备工艺

混炼胶配方（单位：份）：EPDM 100，氧化锌 5，硬脂酸1.5，防老剂 1.5，硫磺 0.8，促进剂3.8，纳米碳酸钙 25，石蜡油35，补强填充剂如表1所示。

表1 补强填充体系组成 单位：份

制备工艺：将EPDM加入密炼机中塑炼3 min，然后加1/2补强填充体系（炭黑、改性煅烧陶土、纳米碳酸钙）、防老剂混炼1 min，再加入剩余的1/2补强填充体系、和增塑剂进行混炼，125 ℃排胶。在开炼机上加硫化剂，吃粉完后左右割刀3次，打三角包6次，再打大卷5个，最后下片。适当停放后，进行硫化特性测试及试样制备。

1.4 性能测试

混炼胶硫化特性按照GB/T 16584—1996测试，测试条件160 ℃×30 min，混炼胶门尼黏度按照GB/T 1231.1—2016测试，测试条件[ML(1+4)100 ℃]，邵尔A型硬度按照GB/T 531.1—2008测试，拉伸性能按照GB/T 528—2009测试，撕裂强度按照GB/T 529—2008测试，方法B，耐热空气老化性能按照GB/T 3512—2014测试，测试条件110 ℃×72 h，压缩永久变形性能GB/T 7759.1—2015测试，测试条件110 ℃×24 h，耐冷却液性能按照GB/T 1690—2010测试，测试条件100 ℃×24 h。

2 结果与讨论

2.1 改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料工艺性能的影响

表2为改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料工艺性能的影响。

表2 不同用量改性煅烧陶土胶料的工艺性能

由表2可以看出：改性煅烧陶土用量的变化对混炼胶料门尼黏度和硫化特性有着一定的影响，随着改性煅烧陶土用量的增大，混炼胶料门尼黏度逐渐减小，焦烧时间T10逐渐增大，因DPG吸着率较大，对胶料硫化速度有一定影响，这也提高了挤出胶管胶料的安全操作性，正硫化时间T90逐渐增大，但在改性煅烧陶土用量30份以内时增量比较小，最小扭矩ML和最大扭矩MH也是依次减小。

2.2 改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料力学性能的影响

表3为改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶力学性能的影响。

由表3可以看出：随着改性煅烧陶土用量的增大，胶料的硬度呈减小趋势，说明等份数的炭黑和改性煅烧陶土，改性煅烧陶土对胶料的补强性能及硬度贡献值比炭黑低，100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度逐渐减小，但1#~3#相差不大，拉断伸长率先增大后减小，当改性煅烧陶土用量为20份时出现最大值419%，原因是改性煅烧陶土结构呈薄片状、柔韧性好，使其沿着片层方向具有良好的拉伸强度和伸长率。撕裂强度1#~4#基本未有变化，当改性煅烧陶土用量增至40份时，撕裂强度下降比较明显。综合来看，使用20份改性煅烧陶土替代炭黑的3#配方胶料力学性能最佳。

表3 不同用量改性煅烧陶土胶料的力学性能

2.3 改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料热空气老化性能的影响

表4为改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶热空气老化性能的影响。

表4 不同用量改性煅烧陶土胶料的热空气老化性能

由表4可以看出：随着改性煅烧陶土用量的增大，老化后胶料的硬度均比老化前有所增加，但增幅依次减小，老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率均呈现先减小后增大的趋势，说明随改性煅烧陶土用量的增大，可以提高胶料的耐热空气老化性能，但用量过大，对热老化性能有反作用。综合来看，使用20份改性煅烧陶土替代炭黑的3#配方胶料耐热空气老化性能最好，硬度变化为+3，拉伸强度变化率为-7%，拉断伸长率变化率为-14%。

2.4 改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料压缩永久变形的影响

表5为改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶压缩永久变形性能的影响。

表5 不同用量改性煅烧陶土胶料的压缩永久变形性能

由表5可以看出：随着改性煅烧陶土用量的增大，胶料的压缩永久变形先减小后增大，其分析原因为，少量改性煅烧陶土替代炭黑时，由于改性煅烧陶土的活性基团与橡胶有良好的亲和性，使得与EPDM分子链之间发生关联，对EPDM分子链起到了一定的约束作用，同样也使交联密度有所提高，改善了压缩永久变形，而当大量改性煅烧陶土替代炭黑时，造成了胶料中的陶土颗粒结块，而陶土本身为片层状结构，大量陶土堆叠后发生难以恢复的层与层之间的位移，从而使压缩永久变形增大。

2.5 改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶料耐冷却液性能的影响

表6为改性煅烧陶土用量对EPDM橡胶软管胶耐冷却液性能的影响。

表6 不同用量改性煅烧陶土胶料的耐冷却液性能

由表6可以看出：随着改性煅烧陶土用量的增大，橡胶软管胶料耐冷却液性能的硬度变化、体积变化率均减小，但减小的幅度不大，可能是由于改性煅烧陶土的加入一定程度上增加了橡胶软管胶料的交联密度，从而提高了胶料的耐介质性能，拉断伸长率变化率在改性煅烧陶土为20份时最小，为-14%，拉伸强度变化率逐渐减小，综合来看，使用20份改性煅烧陶土替代炭黑的3#配方胶料耐冷却液性能最好。

3 结论

本试验研究结果表明，在EPDM橡胶软管胶料配方中，使用改性煅烧陶土部分替代炭黑对胶料性工艺能有一定的影响，通过对比，随着胶料中改性煅烧陶土用量的增加，胶料力学性能、热空气老化性能及压缩永久变形性能、耐冷却液也均呈现出一定的变化。经综合评定，当使用20份改性煅烧陶土替代炭黑时，EPDM橡胶软管胶料的工艺性能、力学性能、热空气老化性能、压缩永久变形性能、耐冷却液性能最佳。并且含本品的胶料加工容易，压出物表面光滑，增加了管坯的挺性并且减少了收缩率。