三元乙丙橡胶硫化特性与物理机械性能的影响因素研究

2023-07-26郑玥吴力佳王红梅郝文鹏

橡塑资源利用 2023年2期

郑玥吴力佳王红梅郝文鹏

郑玥吴力佳王红梅郝文鹏

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

本文研究了抗焦烧型DCP和普通DCP及防焦剂E/C-80对三元乙丙橡胶硫化特性和物理机械性能的影响，通过测试三元乙丙混炼胶硫化特性曲线及硫化后的硬度、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度，发现抗焦烧型DCP能有效延迟硫化，且抗焦烧型DCP能提高拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度，而防焦剂E/C-80在DCP硫化体系中能促进三元乙丙混炼胶的硫化，且防焦剂E/C-80能提高硬度和撕裂强度。

三元乙丙橡胶；DCP；防焦剂E/C-80；硫化特性；物理机械性能

前言

乙丙橡胶是乙烯和丙烯无规共聚物（EPM即二元乙丙橡胶）或乙烯、丙烯再加少量的非共轭双烯为单体的三元无规共聚物（EPDM即三元乙丙橡胶）。本文研究对象为三元乙丙橡胶，其主链中是饱和烃组成，侧链中含有少量不饱和双键（不饱和度的摩尔分数仅有1%～2%），稳定性好，耐臭氧老化、热氧老化、耐天候性老化性能优异，耐水性好，电绝缘性能好，主要应用在汽车零件、电器制品、工业制品、建筑材料、家庭用品等方面[1-5]。过氧化二异丙苯（DCP）是过氧化物硫化剂的一种，不仅可以硫化饱和的碳链橡胶，杂链橡胶，还可以硫化不饱和橡胶。DCP的硫化机理是在热的作用下均裂产生自由基，产生的自由基既可以夺取橡胶主链上的α-H，形成大分子自由基，然后自由基偶合形成交联键；也可以与双键反应（自由基加成），产生大分子自由基，发生交联反应，形成交联键。DCP由于价格比较便宜，交联效率高，焦烧安全性良好等特点，广泛应用在饱和的碳链橡胶，杂链橡胶以及压缩永久变形低、耐热性能好的制品上[2,3]。防焦剂E/C-80是N-苯基-N-三氯甲硫基-苯磺酰胺，主要用于天然橡胶、合成橡胶中，但防焦效果随促进剂的品种而异[2]。

本文主要对两种DCP（抗焦烧型DCP和普通DCP）以及防焦剂E/C-80在三元乙丙橡胶中的对硫化特性和物理机械性能的影响进行研究。

1 实验部分

1.1 实验原料

三元乙丙橡胶（EPDM 5470C），朗盛化学有限公司；抗焦烧型DCP（有效物含量40%），Arkema S.A.；普通DCP（有效物含量40%），蓬莱三友新材料有限公司；防焦剂E/C-80，威海天宇新材料科技有限公司；炭黑550，卡博特中国投资公司；氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、石蜡油、交联助剂HVA-2均为市售工业产品。

1.2 实验设备

6寸开炼机，上海第二机床修理厂；平板硫化机，上海西玛伟力橡塑机械有限公司；无转子硫化仪，高铁检测仪器有限公司；拉力试验机，高铁检测仪器有限公司；橡胶硬度计，北京时代之峰科技有限公司；电子分析天平，美国奥豪斯仪器有限公司。

1.3 试样制备

表1-1给出了混炼胶的基础配方。

表1-1 混炼胶的基础配方

开炼机薄通3遍三元乙丙橡胶，加1/3量炭黑左右倒胶4次，调整辊距2-3mm，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂，再加入炭黑和石蜡油，待全部吃料完成后，薄通打三角包3遍，将辊距调至2-3mm加入DCP、HVA-2和E/C-80（如果有），待吃料完毕，薄通打三角包3遍下片，停放16小时以上，返炼出片，做硫化曲线，用平板硫化机硫化试片，硫化条件：165℃×20MPa（硫化时间由硫化曲线上的t决定）

1.4 性能测试

硫化曲线：按照GB/T 16584-1996进行；

邵A硬度：按照GB/T531.1-2008进行；

拉伸强度：按照GB/T528-2009进行；

拉断伸长率：按照GB/T528-2009进行；

撕裂强度：按照GB/T 529-2008进行。

2 结果与讨论

2.1 抗焦烧型DCP和普通DCP对三元乙丙橡胶硫化特性及物理机械性能的影响

2.1.1 抗焦烧型DCP和普通DCP对三元乙丙橡胶硫化特性的影响

改变DCP种类，其他条件不变（采用基础配方，不加防焦剂E/C-80），对比抗焦烧型DCP和普通DCP对三元乙丙橡胶硫化特性的影响。

图2-1给出了抗焦烧型DCP在165℃×50min条件下的硫化特性曲线，图2-2给出了普通DCP在165℃×50min条件下的硫化特性曲线，表2-1是在图2-1、图2-2硫化特性曲线中提取的t和t的数据。结合图2-1、图2-2和表2-1可以看到，抗焦烧型DCP能有效延迟硫化速度。

图2-1 抗焦烧型DCP在165℃×50min条件下的硫化特性曲线

图2-2 普通DCP在165℃×50min条件下的硫化特性曲线

表2-1 抗焦烧型DCP和普通DCP在165℃×50min条件下的t和t

种类曲线参数抗焦烧型DCP普通DCP t10（分：秒）1:520:37 t90（分：秒）14:029:21

2.1.2 抗焦烧型DCP和普通DCP对三元乙丙橡胶物理机械性能的影响

根据2.1.1测试测试结果，抗焦烧型DCP硫化试片，条件为165℃×16min；普通DCP硫化试片，条件为165℃×11.5min。

按照GB/T531.1-2008、GB/T528-2009、GB/T 529-2008进行硫化试片的测试，测试结果见表2-2。

表2-2 抗焦烧型DCP和普通DCP硫化橡胶物理机械性能

性能DCP种类硬度（Shore A）拉伸强度（MPa）拉断伸长率（%）撕裂强度kN/m 抗焦烧型DCP5913.635526.4 普通DCP599.822421.7

从表2-2中可以看到，DCP种类对三元乙丙硫化橡胶的硬度影响不大，而对拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度影响较大，抗焦烧型DCP有助于提高拉伸强度、拉断伸长率及撕裂强度。可能的原因是抗焦烧型DCP形成的交联点更多。

2.2 防焦剂E/C-80对三元乙丙橡胶硫化特性及物理机械性能的影响

2.2.1 防焦剂E/C-80对三元乙丙橡胶硫化特性的影响

分别在抗焦烧型DCP和普通DCP基础配方中加入1.5份防焦剂E/C-80，其他条件不变，结合2.1测试结果，研究防焦剂E/C-80对三元乙丙橡胶硫化特性的影响。

图2-3给出了抗焦烧型DCP中加入防焦剂E/C-80在165℃×50min条件下的硫化特性曲线，图2-4给出了普通DCP加入防焦剂E/C-80在165℃×50min下的硫化特性曲线，表2-2是提取的上述4组硫化特性曲线的t和t的数据。综合上述图表可以看到，防焦剂E/C-80在DCP硫化体系中，不仅不能起到防焦作用，反而对三元乙丙混炼胶硫化有比较明显的促进作用。