硅橡胶/乙烯丙烯酸酯橡胶并用胶的性能研究

2022-07-19张淑珍纪金权宋艳平吴明生

橡胶工业 2022年7期

张淑珍，纪金权，宋艳平，吴明生

（1.青岛科技大学，山东青岛 266000；2.山东美晨工业集团有限公司，山东诸城 262200）

橡胶制品被广泛应用于各种场合，有时单一胶种已不能满足制品的需求，为获得更好的性能，一般采用多种橡胶并用或橡胶与塑料并用，如轮胎、胶管、胶带、密封件等常采用多种橡胶并用制成。

硅橡胶（VMQ）具有优异的耐热性能、耐寒性能、耐电介性能、耐臭氧老化性能和耐大气老化性能[1-4]，而其突出的性能是使用温域宽，能在－60（或更低的温度）～250 ℃（或更高的温度）下长期使用。但VMQ的拉伸强度和撕裂强度等较低，在常温下其力学性能不及大多数合成橡胶，在出现划痕、裂纹的情况下很容易被撕裂或扯断。此外，VMQ的门尼粘度较低，常温下挺性较差，不适合挤出工艺成型。

乙烯丙烯酸酯橡胶（AEM）同样具有优异的耐热性能、耐寒性能、耐臭氧老化性能和耐大气老化性能[5-7]，可在－40～180 ℃下长期使用，但耐热温域不如VMQ宽，而强度较高，在常温下的强度是VMQ的2～3倍。此外，AEM的门尼粘度较高，适合挤出、注胶和压延等多种成型工艺，且耐油性能和耐其他溶剂性能也较VMQ好。

可见，VMQ和AEM存在一定的性能互补，通过两者并用可获得耐热性能、耐低温性能和耐油性能较好的并用胶，且并用胶更易挤出成型和提高生产效率，这类并用胶具有广阔的市场前景[8-15]。

本工作研究VMQ/AEM并用胶性能及应用。

1 实验

1.1 主要原材料

气相法VMQ，牌号RBB-2003-70，美国道康宁公司产品；AEM，牌号VMX5020，生胶含量为55%，美国杜邦公司产品；炭黑N770、防老剂4010NA（牌号SPAM 4ADA）、内脱模剂SPAM f/g、过氧化物DCP（牌号Dicup 40C）和助交联剂TAIC-70，市售品。

1.2 试验配方

试验配方见表1。

表1 试验配方份Tab.1 Test formulas phr

1.3 主要设备和仪器

XK-260型开炼机，广东利拿实业有限公司产品；2 L小型密炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司产品；XL-QD型平板硫化机，青岛环球机械股份有限公司产品；GT-M2000-A型橡胶硫化仪和TCS-2000型电子拉力试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；HAT307P-Ⅱ型热空气老化箱，重庆哈丁科技有限公司产品；T-70/1000型脉冲试验机，德国GLFS公司产品。

1.4 试样制备

将AEM在开炼机上进行充分塑炼，软化后将其和VMQ投入密炼机中，依次加入防老剂、内脱模剂和补强剂，充分混匀后制得一段混炼胶，然后将一段混炼胶在开炼机上加入过氧化物硫化剂，充分混匀后即得终炼胶。

终炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为170℃×10 min。

1.5 性能测试

门尼粘度按照ISO 289-1：2015进行测试；邵尔A型硬度按照ISO 7619-1：2010进行测试；拉伸强度和拉断伸长率按照ISO 37：2015进行测试；撕裂强度（裤形试样）按照ISO 34-1：2015方法A进行测试；压缩永久变形按照ISO 815-1：2014（B型试样）进行测试；耐热空气老化性能按照ISO 188：2011进行测试；耐油性能按照ISO 1817：2015进行测试；脆性温度按照ISO 812：2017（B型试样）进行测试；抗裂纹扩展（De Mattia）性能按照ISO 132：2017进行测试。

2 结果与讨论

2.1 门尼粘度

门尼粘度可以反映橡胶相对分子质量大小及分布宽窄。相对分子质量越大及分布越宽的橡胶胶料的门尼粘度越大，反之越小。

VMQ/AEM并用胶的门尼粘度如图1所示。

从图1可见：VMQ胶料的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]仅为26；随着AEM用量的增大，VMQ/AEM并用胶的门尼粘度增大；AEM胶料的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]为58。一般适合挤出的胶料的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]为35～75，胶料的门尼粘度太高，挤出压力大且容易焦烧；胶料的门尼粘度太低，挤出半成品的挺性差，壁厚不均匀。由此可得，VMQ用量超过30份后，VMQ/AEM并用胶的挤出工艺性能较好。

2.2 硫化特性

VMQ/AEM并用胶的硫化曲线如图2所示。

从图2可以看出，各VMQ/AEM并用比的并用胶的硫化曲线变化趋势相近，说明VMQ与AEM可以达到共硫化。由于不同配方并用胶的流动性和硬度存在差异，导致FL和Fmax不同，AEM胶料的FL和Fmax比VMQ胶料大，说明VMQ胶料的硫化速度大于AEM胶料。

2.3 物理性能

VMQ/AEM并用胶的物理性能如表2所示。

从表2可以看出，随着AEM用量的增大，VMQ/AEM并用胶的拉伸强度和撕裂强度增大，压缩永久变形变化不大，说明VMQ与AEM并用可以提高VMQ抵抗外力破坏的能力。在175 ℃热空气老化下，VMQ胶料的各项性能随着老化时间的延长（168～1 008 h）变化不大，而AEM胶料的各项性能呈下降趋势，但性能变化率仍保持在50%以内。在200 ℃热空气老化下，VMQ胶料的拉伸强度随着老化时间的延长（72～336 h）降幅较大，而AEM胶料的拉伸强度和拉断伸长率降幅均较大，变化率已超过50%。在热空气老化过程中VMQ胶料的硬度变化呈增大趋势，而AEM胶料的硬度变化呈减小趋势。VMQ与AEM并用后，并用胶可以兼得两者的优点，使硬度变化保持在较小范围内，保证了并用胶的柔软性。在耐油性能方面，AEM胶料的耐油性能比VMQ胶料好，标准油浸泡后并用胶的体积变化率相差不大。在耐低温性能方面，VMQ胶料和AEM胶料均有较低的脆性温度，并用胶的脆性温度也较低。在裂纹扩展方面，VMQ胶料自身较柔顺，拉伸强度和撕裂强度较低，即抵抗外界破坏的能力较低，抗裂纹扩展性能远差于AEM胶料，通过两者的并用可以有效提高VMQ的抗裂纹扩展性能，延长VMQ的使用寿命。

2.4 与氟橡胶（FKM）胶料的粘合强度

各汽车厂对汽车进气系统流体管路中胶管胶层的粘合性能要求不一，绝大部分要求胶管胶层的粘合强度为1.2～3.0 N·mm-1，甚至部分汽车厂对胶管胶层老化后的粘合强度也有一定要求。

热空气老化前后VMQ/AEM并用胶与FKM胶料的粘合强度如图3所示（FKM胶料配方为：FKM 100，炭黑N990 20，氧化锰-150 6，过氧化物DCP 4，助交联剂TAIC-70 3；试样硫化条件为：180 ℃×15 min）。

从图3可以看出：热空气老化前VMQ胶料与FKM胶料的粘合强度较大，AEM胶料与FKM胶料的粘合强度较小，但均在3.0 N·mm-1以上；随着AEM用量的增大，VMQ/AEM并用胶与FKM胶料的粘合强度呈减小趋势。热空气老化后VMQ胶料与FKM胶料的粘合强度急剧减小至0.5 N·mm-1以下，而AEM胶料与FKM胶料的粘合强度虽有减小，但仍保持在2.5 N·mm-1以上；随着AEM用量的增大，VMQ/AEM并用胶与FKM胶料的粘合强度呈增大趋势。由此可见，VMQ与AEM并用可以提高热空气老化后VMQ胶料与FKM胶料的粘合强度。