鄭玥 吳力佳 王紅梅 郝文鵬

三元乙丙橡膠硫化特性與物理機械性能的影響因素研究

鄭玥 吳力佳 王紅梅 郝文鵬

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

本文研究了抗焦燒型DCP和普通DCP及防焦劑E/C-80對三元乙丙橡膠硫化特性和物理機械性能的影響，通過測試三元乙丙混煉膠硫化特性曲線及硫化后的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度，發(fā)現(xiàn)抗焦燒型DCP能有效延遲硫化，且抗焦燒型DCP能提高拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度，而防焦劑E/C-80在DCP硫化體系中能促進三元乙丙混煉膠的硫化，且防焦劑E/C-80能提高硬度和撕裂強度。

三元乙丙橡膠；DCP；防焦劑E/C-80；硫化特性；物理機械性能

前言

乙丙橡膠是乙烯和丙烯無規(guī)共聚物（EPM即二元乙丙橡膠）或乙烯、丙烯再加少量的非共軛雙烯為單體的三元無規(guī)共聚物（EPDM即三元乙丙橡膠）。本文研究對象為三元乙丙橡膠，其主鏈中是飽和烴組成，側(cè)鏈中含有少量不飽和雙鍵（不飽和度的摩爾分數(shù)僅有1%～2%），穩(wěn)定性好，耐臭氧老化、熱氧老化、耐天候性老化性能優(yōu)異，耐水性好，電絕緣性能好，主要應用在汽車零件、電器制品、工業(yè)制品、建筑材料、家庭用品等方面[1-5]。過氧化二異丙苯（DCP）是過氧化物硫化劑的一種，不僅可以硫化飽和的碳鏈橡膠，雜鏈橡膠，還可以硫化不飽和橡膠。DCP的硫化機理是在熱的作用下均裂產(chǎn)生自由基，產(chǎn)生的自由基既可以奪取橡膠主鏈上的α-H，形成大分子自由基，然后自由基偶合形成交聯(lián)鍵；也可以與雙鍵反應（自由基加成），產(chǎn)生大分子自由基，發(fā)生交聯(lián)反應，形成交聯(lián)鍵。DCP由于價格比較便宜，交聯(lián)效率高，焦燒安全性良好等特點，廣泛應用在飽和的碳鏈橡膠，雜鏈橡膠以及壓縮永久變形低、耐熱性能好的制品上[2,3]。防焦劑E/C-80是N-苯基-N-三氯甲硫基-苯磺酰胺，主要用于天然橡膠、合成橡膠中，但防焦效果隨促進劑的品種而異[2]。

本文主要對兩種DCP（抗焦燒型DCP和普通DCP）以及防焦劑E/C-80在三元乙丙橡膠中的對硫化特性和物理機械性能的影響進行研究。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

三元乙丙橡膠（EPDM 5470C），朗盛化學有限公司；抗焦燒型DCP（有效物含量40%），Arkema S.A.；普通DCP（有效物含量40%），蓬萊三友新材料有限公司；防焦劑E/C-80，威海天宇新材料科技有限公司；炭黑550，卡博特中國投資公司；氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD、石蠟油、交聯(lián)助劑HVA-2均為市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 實驗設備

6寸開煉機，上海第二機床修理廠；平板硫化機，上海西瑪偉力橡塑機械有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀，高鐵檢測儀器有限公司；拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司；橡膠硬度計，北京時代之峰科技有限公司；電子分析天平，美國奧豪斯儀器有限公司。

1.3 試樣制備

表1-1給出了混煉膠的基礎配方。

表1-1 混煉膠的基礎配方

開煉機薄通3遍三元乙丙橡膠，加1/3量炭黑左右倒膠4次，調(diào)整輥距2-3mm，加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑，再加入炭黑和石蠟油，待全部吃料完成后，薄通打三角包3遍，將輥距調(diào)至2-3mm加入DCP、HVA-2和E/C-80（如果有），待吃料完畢，薄通打三角包3遍下片，停放16小時以上，返煉出片，做硫化曲線，用平板硫化機硫化試片，硫化條件：165℃×20MPa（硫化時間由硫化曲線上的t決定）

1.4 性能測試

硫化曲線：按照GB/T 16584-1996進行；

邵A硬度：按照GB/T531.1-2008進行；

拉伸強度：按照GB/T528-2009進行；

拉斷伸長率：按照GB/T528-2009進行；

撕裂強度：按照GB/T 529-2008進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗焦燒型DCP和普通DCP對三元乙丙橡膠硫化特性及物理機械性能的影響

2.1.1 抗焦燒型DCP和普通DCP對三元乙丙橡膠硫化特性的影響

改變DCP種類，其他條件不變（采用基礎配方，不加防焦劑E/C-80），對比抗焦燒型DCP和普通DCP對三元乙丙橡膠硫化特性的影響。

圖2-1給出了抗焦燒型DCP在165℃×50min條件下的硫化特性曲線，圖2-2給出了普通DCP在165℃×50min條件下的硫化特性曲線，表2-1是在圖2-1、圖2-2硫化特性曲線中提取的t和t的數(shù)據(jù)。結(jié)合圖2-1、圖2-2和表2-1可以看到，抗焦燒型DCP能有效延遲硫化速度。

圖2-1 抗焦燒型DCP在165℃×50min條件下的硫化特性曲線

圖2-2 普通DCP在165℃×50min條件下的硫化特性曲線

表2-1 抗焦燒型DCP和普通DCP在165℃×50min條件下的t和t

種類曲線參數(shù)抗焦燒型DCP普通DCP t10（分：秒）1:520:37 t90（分：秒）14:029:21

2.1.2 抗焦燒型DCP和普通DCP對三元乙丙橡膠物理機械性能的影響

根據(jù)2.1.1測試測試結(jié)果，抗焦燒型DCP硫化試片，條件為165℃×16min；普通DCP硫化試片，條件為165℃×11.5min。

按照GB/T531.1-2008、GB/T528-2009、GB/T 529-2008進行硫化試片的測試，測試結(jié)果見表2-2。

表2-2 抗焦燒型DCP和普通DCP硫化橡膠物理機械性能

性能DCP種類硬度（Shore A）拉伸強度 （MPa）拉斷伸長率（%）撕裂強度kN/m 抗焦燒型DCP5913.635526.4 普通DCP599.822421.7

從表2-2中可以看到，DCP種類對三元乙丙硫化橡膠的硬度影響不大，而對拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度影響較大，抗焦燒型DCP有助于提高拉伸強度、拉斷伸長率及撕裂強度。可能的原因是抗焦燒型DCP形成的交聯(lián)點更多。

2.2 防焦劑E/C-80對三元乙丙橡膠硫化特性及物理機械性能的影響

2.2.1 防焦劑E/C-80對三元乙丙橡膠硫化特性的影響

分別在抗焦燒型DCP和普通DCP基礎配方中加入1.5份防焦劑E/C-80，其他條件不變，結(jié)合2.1測試結(jié)果，研究防焦劑E/C-80對三元乙丙橡膠硫化特性的影響。

圖2-3給出了抗焦燒型DCP中加入防焦劑E/C-80在165℃×50min條件下的硫化特性曲線，圖2-4給出了普通DCP加入防焦劑E/C-80在165℃×50min下的硫化特性曲線，表2-2是提取的上述4組硫化特性曲線的t和t的數(shù)據(jù)。綜合上述圖表可以看到，防焦劑E/C-80在DCP硫化體系中，不僅不能起到防焦作用，反而對三元乙丙混煉膠硫化有比較明顯的促進作用。

圖2-3 抗焦燒型DCP加入E/C-80在165℃×50min條件下的硫化特性曲線

圖2-3 普通DCP加入E/C-80在165℃×50min條件下的硫化特性曲線

表2-3 不同物料組合在165℃×50min條件下的t和t

種類曲線參數(shù)抗焦燒DCP抗焦燒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 防焦劑E/C-80對三元乙丙橡膠物理機械性能的影響

根據(jù)2.2.1測試測試結(jié)果，抗焦燒型DCP加防焦劑E/C-80三元乙丙混煉膠硫化試片，條件為165℃×11min；普通DCP加防焦劑E/C-80三元乙丙混煉膠硫化試片，條件為165℃×8min。

按照GB/T 531.1-2008、GB/T 528-2009、GB/T 529-2008進行硫化試片的測試，測試結(jié)果見表2-4。

表2-4 不同物料組合硫化橡膠物理機械性能

性能DCP種類硬度（Shore A）拉伸強度 （MPa）拉斷伸長率（%）撕裂強度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

*拉斷伸長率值非合理性變大可能來自隨機性誤差。

從表2-4中可以看到，無論是抗焦燒型DCP還是普通DCP，在加入同等量的防焦劑E/C-80后三元乙丙硫化橡膠的硬度都有所增加，但變化不大，而拉伸強度、拉斷伸長率基本保持不變，撕裂強度均有所提高。可能的原因是加入防焦劑E/C-80能增加硫化橡膠的交聯(lián)密度。

3 結(jié)論

（1）與普通DCP相比抗焦燒型DCP能有效延遲硫化速度。

（2）DCP種類對三元乙丙硫化橡膠的硬度影響不大，而對拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度影響較大，抗焦燒型DCP有助于提高拉伸強度、拉斷伸長率及撕裂強度。

（3）防焦劑E/C-80在DCP硫化體系中，不僅不能起到防焦作用，反而對三元乙丙混煉膠硫化有比較明顯的促進作用。

（4）加入防焦劑E/C-80后三元乙丙硫化橡膠的硬度有所增加，但變化不大，而拉伸強度、拉斷伸長率基本保持不變，撕裂強度有所提高。

[1] 謝遂志,劉登祥,周鳴巒. 橡膠工業(yè)手冊·第一分冊[M]. 修訂版. 北京：化學工業(yè)出版社，1993.6.

[2] 王夢蛟,龔懷耀,薛廣智. 橡膠工業(yè)手冊·第二分冊[M]. 修訂版. 北京：化學工業(yè)出版社，1993.6.

[3] 楊清芝. 實用橡膠工藝學[M]. 北京:化學工業(yè)出版社，2005.

[4] 馬宇春.三元乙丙橡膠生產(chǎn)工藝及應用研究進展[J].科技視界,2013(28):202.

[5] 李幫山.三元乙丙橡膠在汽車用橡膠制品中的應用[J].中國橡膠,2011,27(13):36-38.

鄭玥，女，1986年生，畢業(yè)于青島科技大學高分子材料與工程專業(yè)，就職于天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司。