三元乙丙橡胶硫化特性与物理机械性能的影响因素研究

时间:2024-09-09 17:00:02 来源:网友投稿

郑玥 吴力佳 王红梅 郝文鹏

三元乙丙橡胶硫化特性与物理机械性能的影响因素研究

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

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。

1.1 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。

2.1 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tt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tt

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tt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。

图2-3 抗焦烧型DCP加入E/C-80在165℃×50min条件下的硫化特性曲线

图2-3 普通DCP加入E/C-80在165℃×50min条件下的硫化特性曲线

表2-3 不同物料组合在165℃×50min条件下的tt

种类曲线参数抗焦烧DCP抗焦烧DCP+E/C-80普通DCP普通DCP+E/C-80 t10(分:秒)1:521:090:370:33 t90(分:秒)14:029:179:216:14

2.2.2 防焦剂E/C-80对三元乙丙橡胶物理机械性能的影响

根据2.2.1测试测试结果,抗焦烧型DCP加防焦剂E/C-80三元乙丙混炼胶硫化试片,条件为165℃×11min;
普通DCP加防焦剂E/C-80三元乙丙混炼胶硫化试片,条件为165℃×8min。

按照GB/T 531.1-2008、GB/T 528-2009、GB/T 529-2008进行硫化试片的测试,测试结果见表2-4。

表2-4 不同物料组合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DCP5913.635526.4 抗焦DCP+E/C-806013.234031.7 普通DCP599.822421.7 普通DCP+E/C-80619.7245*24.0

*拉断伸长率值非合理性变大可能来自随机性误差。

从表2-4中可以看到,无论是抗焦烧型DCP还是普通DCP,在加入同等量的防焦剂E/C-80后三元乙丙硫化橡胶的硬度都有所增加,但变化不大,而拉伸强度、拉断伸长率基本保持不变,撕裂强度均有所提高。可能的原因是加入防焦剂E/C-80能增加硫化橡胶的交联密度。

(1)与普通DCP相比抗焦烧型DCP能有效延迟硫化速度。

(2)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。

(3)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。

(4)加入防焦剂E/C-80后三元乙丙硫化橡胶的硬度有所增加,但变化不大,而拉伸强度、拉断伸长率基本保持不变,撕裂强度有所提高。

[1] 谢遂志,刘登祥,周鸣峦. 橡胶工业手册·第一分册[M]. 修订版. 北京:化学工业出版社,1993.6.

[2] 王梦蛟,龚怀耀,薛广智. 橡胶工业手册·第二分册[M]. 修订版. 北京:化学工业出版社,1993.6.

[3] 杨清芝. 实用橡胶工艺学[M]. 北京:化学工业出版社,2005.

[4] 马宇春.三元乙丙橡胶生产工艺及应用研究进展[J].科技视界,2013(28):202.

[5] 李帮山.三元乙丙橡胶在汽车用橡胶制品中的应用[J].中国橡胶,2011,27(13):36-38.

郑玥,女,1986年生,毕业于青岛科技大学高分子材料与工程专业,就职于天津市橡胶工业研究所有限公司。

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