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。
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t和t
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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