肖程遠(yuǎn)，譚蓮影，陳曉艷，頡跟虎，周承龍

（株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412007）

三元乙丙橡膠（EPDM）的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其性能獨(dú)特，具有耐老化性能、耐化學(xué)介質(zhì)性能、耐熱水/水蒸氣性能、電絕緣性能、沖擊彈性、低溫性能優(yōu)異以及低密度、高填充的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了其在純橡膠制品領(lǐng)域的應(yīng)用將越來越廣泛。國內(nèi)外對EPDM性能的研究很多，但對其抗穿刺性能的研究較少。本工作探討EPDM膠料組分對其抗穿刺性能的影響，以期為后續(xù)相關(guān)工作提供支持。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號7001和2502，美國埃克森美孚公司產(chǎn)品；牌號4725P，美國陶氏化學(xué)公司產(chǎn)品；牌號5470C，2650，9950C，德國朗盛公司產(chǎn)品；牌號9090M，日本三井化學(xué)公司產(chǎn)品。硫化劑DCP，上海高橋石油化工公司產(chǎn)品。石蠟油2280，美國SUNPAR公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

160×320型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；Y33-50A型平板硫化膠，萍鄉(xiāng)九州精密壓機(jī)有限公司產(chǎn)品；電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳市三思科技開發(fā)有限公司產(chǎn)品。

1.3 性能測試

穿刺強(qiáng)度按科技基[2009]88號《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道高強(qiáng)度擠塑板暫行技術(shù)條件》附錄A測試。試樣在不受拉伸的情況下夾在兩圓板之間，用環(huán)形夾具牢固固定在拉伸測試儀上，與荷載指示器連接的一根實(shí)心金屬棒對試樣未被支撐部分的中心施加力，直到試樣被金屬棒完全刺穿，所施加的最大力就是試樣的穿刺強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 EPDM

EPDM的乙烯含量和第三單體亞乙基降冰片烯（ENB）含量如表1所示，各牌號EPDM膠料的抗穿刺性能如圖1所示。

表1 各牌號EPDM的乙烯含量和ENB含量

從圖1可以看出：EPDM對膠料抗穿刺性能的影響較大，膠料抗穿刺性能優(yōu)劣的EPDM牌號順序 為7001，4725P，5470C，9950C，9090M，2650，2502。該順序與EPDM的乙烯含量和ENB含量有關(guān)，乙烯含量越大，膠料的穿刺強(qiáng)度總體越大。

圖1 不同牌號EPDM膠料的穿刺強(qiáng)度

2.2 硫化體系

硫化體系對EPDM（牌號7001，下同）膠料抗穿刺性能和硫化最大轉(zhuǎn)矩與最小轉(zhuǎn)矩差（Fmax-FL）的影響分別如圖2和3所示。圖中1—5號硫化體系分別為硫黃硫化體系（硫黃 2.2）、半有效硫化體系（硫黃/促進(jìn)劑TMTD 1.5/0.8）、有效硫化體系（硫黃/促進(jìn)劑TMTD 0.8/1.6）、過氧化物硫化體系（硫化劑DCP/助交聯(lián)劑TAIC 4/2）、過氧化物/硫黃硫化體系（硫黃/硫化劑DCP/助交聯(lián)劑TAIC 0.3/3/1.5）。

從圖2可以看出，與硫黃硫化體系、半有效硫化體系、有效硫化體系膠料相比，過氧化物硫化體系和過氧化物/硫黃硫化體系膠料的抗穿刺性能更好。這是因?yàn)檫^氧化物硫化體系反應(yīng)活性高，生成的C—C鍵鍵能比單硫鍵、雙硫鍵或多硫鍵鍵能更高，穩(wěn)定性更好。

圖2 硫化體系對EPDM膠料穿刺強(qiáng)度的影響

Fmax-FL可表征膠料的交聯(lián)程度。從圖3可以看出，過氧化物硫化體系膠料的Fmax-FL最大，即交聯(lián)密度最大的膠料穿刺強(qiáng)度最大。因此，選擇交聯(lián)鍵鍵能高的過氧化物硫化體系提高膠料的交聯(lián)密度，對改善膠料的抗穿刺性能有積極的作用。

圖3 硫化體系對EPDM膠料Fmax－FL的影響

2.3 補(bǔ)強(qiáng)填充體系

EPDM一般以炭黑為主要填料，炭黑種類對膠料抗穿刺性能的影響如圖4所示。圖中1—5號炭黑分別為炭黑N234、低滯后炭黑、炭黑N330、炭黑N550、炭黑N219。

圖4 炭黑種類對EPDM膠料穿刺強(qiáng)度的影響

從圖4可以看出：炭黑N234膠料的穿刺強(qiáng)度最大，原因是炭黑N234的比表面積和結(jié)構(gòu)度均很高，補(bǔ)強(qiáng)性好；炭黑N550膠料的穿刺強(qiáng)度最??；炭黑N219膠料的抗穿刺性能僅略優(yōu)于炭黑N550膠料，原因是炭黑N219的粒徑雖然小，但結(jié)構(gòu)度偏低。因此，粒徑小、結(jié)構(gòu)度高的炭黑對提高膠料的抗穿刺性能效果較好。

在EPDM中經(jīng)常填充大量的無機(jī)填料。無機(jī)填料種類對膠料抗穿刺性能的影響如圖5所示。圖中1—5號填料分別為強(qiáng)威粉、白炭黑（硅烷偶聯(lián)劑處理）、云母粉、陶土、輕質(zhì)碳酸鈣。

圖5 無機(jī)填料種類對EPDM膠料穿刺強(qiáng)度的影響

從圖5可以看出：強(qiáng)威粉膠料的穿刺強(qiáng)度最大，原因是強(qiáng)威粉粒徑小，具有納米材料所特有的小尺寸效應(yīng)，與橡膠分子形成淤滲作用[1]，加之強(qiáng)威粉獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)，提高了膠料的抗穿刺性能；白炭黑膠料的穿刺強(qiáng)度居第2，原因是白炭黑表面經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理，提高了其與橡膠的親和力、濕潤性和相容性，使其與橡膠大分子的界面作用增強(qiáng)，白炭黑與橡膠間形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[2]；云母粉膠料的穿刺強(qiáng)度居第3，這與云母粉片層結(jié)構(gòu)有關(guān)，但云母粉與EPDM的親和性及在膠料中的分散性仍有待提高；輕質(zhì)碳酸鈣膠料的穿刺強(qiáng)度最小，這在于輕質(zhì)碳酸鈣僅起填充作用。因此，選擇小粒徑、片層結(jié)構(gòu)的填料對膠料抗穿刺性能較好。

2.4 軟化劑

軟化劑能增大橡膠分子間距離，減弱分子間作用力，大量添加軟化劑對膠料抗穿刺性能不利，但少量的軟化劑能改善填料在橡膠中的分散，對提高膠料抗穿刺性能有利。石蠟油與EPDM相容性較好，添加石蠟油2280，300，1535膠料的穿刺強(qiáng)度分別為346，336，319 N（膠料配方為EPDM100，炭黑N234 45，強(qiáng)威粉 30，氧化鋅 5，硬脂酸 1，石蠟油 10，硫化劑DCP 4，助交聯(lián)劑TAIC 2；硫化條件為170 ℃×10 min）。由此可見，加有石蠟油2280膠料的穿刺強(qiáng)度最大，優(yōu)質(zhì)石蠟油300膠料次之，石蠟油1535膠料最小。

3 結(jié)論

（1）EPDM乙烯含量越大，膠料的抗穿刺性能越好。

（2）交聯(lián)鍵鍵能高的過氧化物硫化體系可提高EPDM膠料的交聯(lián)密度，對改善膠料的抗穿刺性能有積極的作用。

（3）粒徑小、結(jié)構(gòu)度高的炭黑和粒徑小、片層結(jié)構(gòu)的無機(jī)填料對提高膠料的抗穿刺性能較好。

（4）加入少量軟化劑能改善填料在膠料中的分散性，石蠟油2280對提高膠料的抗穿刺性能效果較好。