虎偉偉

(陜西耐特橡膠實(shí)業(yè)有限公司，陜西 寶雞 721100)

眾所周知，三元乙丙橡膠（EPDM）聚合物主鏈?zhǔn)峭耆柡偷?，使得具有?yōu)異的耐熱老化性能、耐候性、耐臭氧性、耐化學(xué)藥品性及電絕緣性能，應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用于汽車部件中的膠管、密封條等產(chǎn)品中[1～2]。EPDM橡膠可以采用普通硫磺硫化體系、硫磺給予體硫化體系、過氧化物硫化體系、反應(yīng)性樹脂硫化體系等進(jìn)行硫化[3～5]。不同的硫化體系直接影響著膠料的硫化特性和硫化膠的物理機(jī)械性能以及耐熱老化性能。實(shí)驗(yàn)證明，采用硫磺硫化體系的EPDM硫化膠綜合力學(xué)性能好，耐熱氧老化及耐壓縮永久變形性較差，采用過氧化物硫化體系的EPDM硫化膠具有較好的耐熱氧老化和耐壓縮永久變形性，抗撕裂性及其它性能均較差。

所以本文對(duì)比硫磺硫化體系、過氧化物硫化體系、復(fù)合硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料性能的影響，并采用BIPB/S/DTDM/CZ復(fù)合硫化體系通過正交試驗(yàn)法研究了EPDM橡膠軟管膠料焦燒時(shí)間T10、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形性能，優(yōu)化了該硫化體系的配比，得到了性能優(yōu)良的橡膠軟管膠料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號(hào)5890F，韓國SK產(chǎn)品，炭黑，上?？ú┨靥亢诨び邢薰井a(chǎn)品，改性煅燒陶土，浙江同富納米材料有限公司產(chǎn)品，BIPB（無味DCP），湖南以翔化工有限公司，防老劑，納米碳酸鈣、石蠟油、硫磺、促進(jìn)劑DTDM、促進(jìn)劑CZ等均為市售品。

1.2 主要設(shè)備及儀器

密煉機(jī)XSM-2，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司，開煉機(jī)XK-160，青島鑫城一鳴橡膠機(jī)械有限公司，100 t電熱平板硫化機(jī)，深圳市新勁力機(jī)械有限公司，橡膠無轉(zhuǎn)子硫化儀，萬能材料拉力試驗(yàn)機(jī)，測(cè)厚儀，邵氏硬度計(jì)，橡膠老化試驗(yàn)機(jī)，均為臺(tái)灣松恕檢測(cè)儀器有限公司，壓縮永久變形裝置，揚(yáng)州市江都凱德試驗(yàn)機(jī)械有限公司。

1.3 試驗(yàn)配方

基本配方（單位：份）：EPDM 100，氧化鋅 5 硬脂酸 1.5 防老劑 1.5，納米碳酸鈣 25，石蠟油30，炭黑 50，改性煅燒陶土 20份，硫化體系見表1：

表1 硫化體系

1.4 制備工藝

將EPDM加入密煉機(jī)中塑煉3 min，然后加活性劑、防老劑，2 min后加1/2補(bǔ)強(qiáng)填充體系（炭黑、改性煅燒陶土、納米碳酸鈣），3 min再加入剩余的1/2補(bǔ)強(qiáng)填充體系、增塑劑進(jìn)行混煉，125 ℃排膠。在開煉機(jī)上加硫化促進(jìn)劑，吃粉完后左右割刀3次，打三角包6次，再打大卷5個(gè)，最后下片并停放16 h以上。硫化儀測(cè)定硫化曲線并制樣進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，硫化膠硫化條件為170 ℃×t90。

1.5 性能試驗(yàn)

混煉膠硫化特性按照GB/T16584—1996測(cè)試，測(cè)試條件170 ℃×30min，邵爾A型硬度按照GB/T 531.1—2008測(cè)試，拉伸性能按照GB/T 528—2009測(cè)試，耐熱空氣老化性能按照GB/T 3512—2014測(cè)試，測(cè)試條件110 ℃×72 h，壓縮永久變形性能GB/T7759.1—2015測(cè)試，測(cè)試條件110 ℃×24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料性能的影響

表2為硫磺硫化體系、過氧化物硫化體系、復(fù)合硫化體系三種不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料的性能。硫磺硫化體系生成的是多硫交聯(lián)鍵，而在高溫長(zhǎng)時(shí)間的老化作用下，會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)鍵的斷裂，對(duì)于壓縮永久變形，在交聯(lián)鍵斷裂后，發(fā)生應(yīng)力松弛，分子鏈產(chǎn)生位移，斷裂后的交聯(lián)鍵遇到活性點(diǎn)會(huì)生成新的交聯(lián)鍵，從而使分子鏈恢復(fù)受阻，造成壓縮永久變形增加；過氧化物硫化體系及復(fù)合硫化體系生成的主要是C—C交聯(lián)鍵，鍵能高，在受力、受熱情況下不易受損，所以在熱空氣老化及壓縮變形后的變化率小。同時(shí)從表2可以看出采用復(fù)合硫化體系的EPDM橡膠軟管膠料焦燒時(shí)間T10處于中間位置，說明交聯(lián)劑對(duì)焦燒時(shí)間T10有一定的延遲作用，提高了操作安全性，T90硫化時(shí)間反映出復(fù)合硫化體系對(duì)硫化平坦度有一定的影響。拉伸強(qiáng)度硫磺硫化體系最高，復(fù)合硫化體系次之，過氧化物硫化體系最低，扯斷伸長(zhǎng)率復(fù)合硫化體系最高，壓縮永久變形復(fù)合硫化體系最小，熱空氣老化性能復(fù)合硫化體系最優(yōu)，過氧化物硫化體系次之，硫磺硫化體系第三。綜合以上性能來看，EPDM橡膠軟管膠料優(yōu)先選用復(fù)合硫化體系。

表2 三種不同硫化體系對(duì)EPDM橡膠軟管膠料的性能

2.2 正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

2.2.1 正交表的特性及選用

進(jìn)行多因素和多水平試驗(yàn)時(shí)，選用正交試驗(yàn)法的好處在于：①均勻分散性，即實(shí)驗(yàn)條件均為分散于配合完全水平組合之中，代表性強(qiáng)；②整體可比性，即對(duì)于每列因素，在各個(gè)水平之和中其他因素各個(gè)水平的出現(xiàn)次數(shù)都是相同的，最大限度的排除了其他因素的干擾，便于得出合理的結(jié)論[6～7]。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)因子、水平的確定

本文以BIPB，S，DTDM，CZ作為4個(gè)因子，每個(gè)因素各取3個(gè)合適的水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)因子與水平的設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)因子與水平

2.2.3 正交實(shí)驗(yàn)表和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于要考察的因子有4個(gè)，其相對(duì)應(yīng)有3個(gè)水平，忽略各因子間的相互作用，所得正交表應(yīng)該是4因子3水平的，相應(yīng)的正交表頭為L(zhǎng)9(34)，共進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)，分三批進(jìn)行測(cè)試。L9(34)正交表及其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表5至表8。

表4 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 焦燒時(shí)間T10實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表6 拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表7 扯斷伸長(zhǎng)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

表8 壓縮永久變形實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

2.2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

本文主要研究了EPDM橡膠軟管膠料的焦燒時(shí)間T10，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形4種性能。對(duì)以上4種性能可由表5～表8按極差大小排出主次順序，T10為A>D>C>B，拉伸強(qiáng)度為D>C>A>B，扯斷伸長(zhǎng)率為D>A>C>B，壓縮永久變形為B>A>C>D。

在EPDM橡膠軟管膠料正交實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)中，拉伸強(qiáng)度為最重要性能，因素A在拉伸強(qiáng)度中處于第3位，可以選擇A2或A3，在焦燒時(shí)間T10處于最主要位置，可以選擇A1或A2，在扯斷伸長(zhǎng)率和壓縮永久變形均處于第2位，對(duì)扯斷伸長(zhǎng)率來說可以選擇A1或A2，對(duì)壓縮永久變形來說可以選擇A2或A3，綜上考慮因素A應(yīng)該選擇A2。因素B在焦燒時(shí)間T10、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率均處于最次要位置，在壓縮永久變形中處于最主要位置，所以選擇B3。因素C在拉伸強(qiáng)度處于第2位，可以選擇C2或C3，在焦燒時(shí)間T10、扯斷伸長(zhǎng)率、壓縮永久變形中均處于第3位，可以選擇C2或C3，綜上考慮因素C可選擇C3。因素D在拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率均處于最主要位置，可以選擇D2或D3，在焦燒時(shí)間T10處于次要位置，可以選擇D1或D2，而在壓縮永久變形處于最次要位置，綜上考慮因素D可選擇D2。

綜上所述，EPDM橡膠軟管膠料復(fù)合硫化體系的最佳配比為A2B3C3D2，即基本方中BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量 1.2，CZ用量 0.9。

3 結(jié)論

（1）采用BIPB/S/DTDM/CZ復(fù)合硫化體系的EPDM橡膠軟管膠料性能的綜合效果比硫磺硫化體系和過氧化物硫化體系好。

（2）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析表明，BIPB的用量是影響焦燒時(shí)間T10的主要因素，S的用量是影響壓縮永久變形的主要因素。

（3）通過正交試驗(yàn)結(jié)果及分析，在各因素水平取值范圍內(nèi)，EPDM橡膠軟管膠料采用復(fù)合硫化體系的最佳配比為BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量1.2，CZ用量 0.9。