(天津中鼎汽車零部件有限公司,天津 300000)
聚丙烯酸酯橡膠 (ACM)是一種飽和極性橡膠,具有良好的耐油性,廣泛應用于汽車工業(yè)。但是ACM加工過程中易粘棍、粘模、污染模具,而且耐低溫、壓縮永久變形也不好,因此ACM的應用在一定程度上受到了限制。乙烯丙烯酸酯橡膠(AEM)的加工性能、拉伸性能、耐高低溫性能優(yōu)于ACM,但是不耐低苯胺油和極性溶劑,同時價格也比較昂貴,目前僅杜邦公司生產(chǎn)。本文將ACM與AEM共混,制得綜合性能優(yōu)異、成本較低的特種橡膠材料。
ACMPA-526,NOK 株式會社;Vamac?VMX-3038,美國杜邦公司;445,天津宏晟華通貿(mào)易有限公司;WB212,臺灣科貿(mào);N330/N550,卡博特公司;硬脂酸,天津渤海冰峰化工貿(mào)易有限公司;18D,天津宏晟華通貿(mào)易有限公司。
XSM-500橡塑試驗密煉機,上??苿?chuàng)橡塑機械設備有限公司;雙輥開煉機,青島化工機械廠;平板硫化機,佳鑫電子設備科技有限公司;Z030電子拉力試驗機,ZwickRoell;MOONEY MV 2000無轉(zhuǎn)子硫化儀,美國Alpha科技公司生產(chǎn);MZ-401A熱空氣老化試驗箱,江蘇明珠試驗機械有限公司;老化箱(GT-7017),臺灣高鐵科技股份有限公司。
表1 實驗配方
將生膠加入密煉機1min后,再加入防老劑、流動劑、硬脂酸等固體小料約1min,再加入炭黑混煉3min,其中投料溫度為70℃,控制排膠溫度為110℃左右。然后在開煉機上加入硫化劑、促進劑,混合均勻后打5次三角包,打卷3次,然后下片,停放24h后取樣測硫化曲線。在平板硫化機上硫化試樣,硫化壓力約為10MPa,1次硫化條件為175℃×t90,2次硫化條件為 170℃×4h。硫化試樣停放24h后進行性能檢測。
硫化特性曲線的測定按照GB/T 16583-1996方法進行實驗,測試溫度175℃,時間30min;力學性能的測定按照國標GB/T582-1998,用電子拉力試驗機進行測試,拉伸速度為500mm/min,測試溫度為室溫;熱空氣老化性能測試按照國標GB/T3512-2001,老化條件為 150℃×72h,老化后停放24h后進行拉伸測試。
壓縮永久變形實驗按照國標GB/T7759-1996實驗條件為150℃×72h,試樣壓縮25%,試樣停放24h后進行測量;耐介質(zhì)性能測試按照國標GB/T1690-2006將試樣浸入介質(zhì)(IRM903 Oil)中(150℃,72h)進行性能測試;低溫脆性的測定按照國標GB/T15256-1994進行測試。
門尼黏度體現(xiàn)相對分子質(zhì)量高低及橡膠加工性能的好壞,對于分子結(jié)構(gòu)相同的聚合物,相對分子質(zhì)量越大,門尼越大。此外門尼黏度還和聚合物分子結(jié)構(gòu)及引入的基團有關(guān)系。門尼黏度高的膠料其相對分子質(zhì)量大,不易混煉均勻,擠出時收縮率較大,不易擠出成型。門尼粘黏度低的膠料相對分子質(zhì)量小,分布范圍窄,加工時易粘輥,擠出時膠料挺性差,硫化時易粘模,污染模具。ACM與ACM不同并用比例對混煉膠門尼黏度的影響如圖1所示。
圖1 不同比例的并用膠對門尼黏度影響
從圖1可以看出隨著AEM并用比例增加,混煉膠門尼黏度逐漸增大,單用ACM的混煉膠門尼粘度小于單用AEM的混煉膠門尼黏度。原因是雖然ACM相對分子質(zhì)量比AEM大,但是本實驗所采用的AEM牌號(Vamac?VMX-3038)為高黏度聚合物,這和它在合成時所使用的鏈轉(zhuǎn)移劑以及單體側(cè)鏈長度有關(guān)系。ACM門尼黏度低,易粘輥、粘模,對擠出加工不利,AEM門尼黏度高,膠料流動性差,不易擠出加工,所以采用ACM/AEM并用的方法獲得合適的門尼黏度對膠料加工有利。
ACM和AEM不同并用比例后混煉膠的硫化特性參數(shù)如表2所示。
表2 不同比例的并用膠硫化特性參數(shù)
從表2中可以看出,由于ACM與AEM使用相同的硫化劑可以實現(xiàn)共硫化。隨著AEM并用比例增加,硫化曲線ML逐漸增加,這與膠料門尼黏度變化趨勢相吻合;硫化曲線MH逐漸增加,這是由于AEM硫化點數(shù)大于ACM硫化點數(shù),隨著AEM并用比例提高,交聯(lián)密度逐漸增大;t10逐漸變長,這說明焦燒安全性在提高,因此ACM并用AEM能夠提高加工安全性;隨著AEM并用比例增加,t90逐漸變長,說明硫化效率逐漸降低,因此通過ACM與AEM并用可以平衡產(chǎn)品焦燒安全性和生產(chǎn)效率。
ACM與AEM不同比例并用對混煉膠物理性能影響如表3所示。
從表3可以看出,當AEM并用比例增大時,混煉膠邵氏硬度、拉伸強度和伸長率也隨著AEM量增大而增大。這是因為AEM與ACM相比分子主鏈引入了乙烯單體,乙烯單體能夠提高混煉膠的機械性能。另外乙烯單體的引入,同時也提高了混煉膠耐低溫性,這與表3低溫脆性實驗結(jié)果相吻合。
ACM和AEM不同比例并用后混煉膠壓縮永久變形隨著AEM并用比例增大而逐漸減小,這表明通過增大AEM并用比例可以提高膠料壓縮永久變形性。從表3還可以看出,試樣經(jīng)過熱空氣老化后,混煉膠硬度、拉伸強度變化率、伸長率變化率隨著AEM并用比例提高而呈現(xiàn)減小趨勢,這說明通過并用一定比例的AEM能夠提高ACM混煉膠的耐老化性能。另外試樣在IRM903標準油浸泡一定時間后,混煉膠的硬度、拉伸強度變化率、伸長率變化率、體積變化率都隨著AEM并用比例的增大而增大,這表明隨著AEM并用量的增大混煉膠的耐油性變差。同時AEM和ACM都具有良好的耐臭氧性,這是因為兩種橡膠的分子主鏈都是飽和狀態(tài),沒有雙鍵的存在。
表3 ACM和AEM不同并用比例對并用后混煉膠物理性能影響
綜合AEM和ACM并用后所測得混煉膠物理性能,ACM與AEM并用比例為50/50混煉膠綜合物理性能最好。
圖2 不同比例ACM/AEM混煉膠與擠出機擠出段溫度的關(guān)系
擠出加工過程中不同比例ACM/AEM混煉膠與擠出機擠出段溫度的關(guān)系如圖2所示。
從圖2可以看出,隨著AEM并用比例提高,擠出機擠出段溫度逐漸升高。這是由于AEM并用比例提高,混煉膠門尼增大,膠料在擠出過程中流動性變差,膠料內(nèi)部生熱高,同時混煉膠與擠出機螺桿、滾筒之間的摩擦力也隨之增大。因此選擇合適的ACM/AEM并用比例有利于擠出加工。
1)通過調(diào)整ACM/AEM并用比例可以改善混煉膠加工性能,提高混煉膠流動性,減少擠出生熱,解決了ACM加工過程中易粘棍、污染模具等問題。
2)ACM與AEM并用可以實現(xiàn)膠料的共硫化,通過調(diào)整ACM/AEM并用比例,可以改善混煉膠硫化特性。
3)當 ACM/AEM并用比為50/50時,并用后混煉膠綜合性能最佳,同時原材料成本問題得到改善。