三元乙丙橡膠EP33和J-4045性能的研究

王海波，付 杰，劉宇鑫，譚黎麗

（長(zhǎng)春中科應(yīng)化特種材料有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

三元乙丙橡膠（EPDM）是乙烯、丙烯和非共軛二烯的共聚物，EPDM主鏈為飽和結(jié)構(gòu)、側(cè)鏈有少量不飽和基團(tuán)，獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使EPDM具有優(yōu)異的耐熱、耐臭氧、耐腐蝕、電絕緣性能[1-5]，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車配件、電纜電線[6-12]等領(lǐng)域。

在眾多牌號(hào)EPDM產(chǎn)品中，牌號(hào)為EP33和J-4045的產(chǎn)品均為低門尼粘度、低乙烯基含量產(chǎn)品，也是用戶使用較多的產(chǎn)品，主要用于密封膠條、海綿橡膠與輪胎胎側(cè)膠等。由于二者化學(xué)結(jié)構(gòu)與主要性能相似，理論上只需要適當(dāng)調(diào)整配方和加工工藝即可相互替代[13]。

本工作用橡膠加工分析儀研究這兩種EPDM生膠、混煉膠和硫化膠的損耗因子（tanδ）與頻率（f）和應(yīng)變（ε）的關(guān)系，以考察膠料的動(dòng)態(tài)性能,并對(duì)比兩種EPDM硫化膠的物理性能，為二者相互替代提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，EP33，日本JSR公司產(chǎn)品；J-4045，中國(guó)石油吉林化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品。炭黑N330，龍星化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

EPDM 100，炭黑N330 35，氧化鋅 4，硬脂酸 1，防老劑RD 2，石蠟 1，硫黃 1.5，促進(jìn)劑CZ 1，促進(jìn)劑TMTD 0.5，合計(jì) 146。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK-1.5 L型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；Ф150 mm×320 mm開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；KY-3201-M 50T型平板硫化機(jī)，東莞市開研精密機(jī)械設(shè)備廠產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；CMT4203型電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品；GT-7042-RE型回彈性能測(cè)試儀和GT-7017-NMU型熱空氣老化箱，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段在密煉機(jī)中混煉。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，壓砣壓力為0.35 MPa。加料順序?yàn)椋荷z→炭黑和小料→清掃→排膠。膠料在開煉機(jī)上下片，冷卻，停放16 h以上。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，壓砣壓力為0.35 MPa。加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→硫黃和促進(jìn)劑→清掃→排膠。膠料在開煉機(jī)上下片，冷卻。

1.5 性能測(cè)試

膠料動(dòng)態(tài)性能用橡膠加工分析儀測(cè)試，物理性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 動(dòng)態(tài)性能

2.1.1 生膠

兩種EPDM生膠的理化性質(zhì)如表1所示。

表1 兩種EPDM生膠的理化性質(zhì)

從表1可以看出：與EP33生膠相比，J-4045生膠的乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，即丙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，說(shuō)明其生膠強(qiáng)度較高；J-4045生膠的碘值較小，說(shuō)明其不飽和度較低，雙鍵較少[14]。

EP33和J-4045生膠門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]測(cè)試結(jié)果分別為43.4和44.4，J-4045的門尼粘度比EP33生膠略高。

用橡膠加工分析儀對(duì)兩種EPDM生膠分別進(jìn)行頻率掃描（溫度為100 ℃，ε為7%）和應(yīng)變掃描（溫度為100 ℃，f為0.1 Hz），曲線分別如圖1和2所示。

從圖1和2可以看出，無(wú)論是頻率掃描還是應(yīng)變掃描，EP33和J-4045生膠的tanδ值和變化趨勢(shì)都基本相似，這說(shuō)明EP33和J-4045生膠的平均相對(duì)分子質(zhì)量及其分布相差不大，可以推斷這兩種EPDM在理論上能相互替代。

圖1 兩種EPDM生膠的tanδ-f曲線

圖2 兩種EPDM生膠的tanδ-lgε曲線

2.1.2 混煉膠

測(cè)試EP33和J-4045混煉膠的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]，結(jié)果分別為49.5和為50.1，二者非常接近。

用橡膠加工分析儀對(duì)兩種EPDM混煉膠分別進(jìn)行頻率掃描（溫度為100 ℃，ε為7%）和應(yīng)變掃描（溫度為100 ℃，f為0.1 Hz），曲線分別如圖3和4所示。

從圖3和4可以看出，與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的tanδ略小，但差異很小。通過(guò)調(diào)整混煉時(shí)間，可以使這兩種EPDM混煉膠的工藝性能接近。

圖3 兩種EPDM混煉膠的tanδ-f曲線

兩種EPDM混煉膠的硫化曲線（溫度為100 ℃）如圖5所示。

從圖5可以看出，與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的硫化速率略小、彈性轉(zhuǎn)矩（S′）明顯較低。這是由于J-4045生膠的碘值較小，即不飽和度較低，因此硫化速率較小[15]。

圖4 兩種EPDM混煉膠的tanδ-lgε曲線

圖5 兩種EPDM混煉膠的硫化曲線

2.1.3 硫化膠

在硫化結(jié)束后，用橡膠加工分析儀對(duì)硫化膠進(jìn)行頻率掃描（溫度為60 ℃，ε為2%），兩種EPDM硫化膠的tanδ-f曲線如圖6所示。

圖6 兩種EPDM硫化膠的tanδ-f曲線

從圖6可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的tanδ較大，說(shuō)明J-4045硫化膠的動(dòng)態(tài)滯后損失較大，這與圖5中J-4045混煉膠的S′較小相對(duì)應(yīng)。

2.2 硫化膠物理性能

兩種EPDM硫化膠的物理性能如表2所示。

表2 兩種EPDM硫化膠的物理性能

從表2可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的硬度、100%和300%定伸應(yīng)力相當(dāng)，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率較大，回彈值略小，耐熱老化性能略好。這是由于J-4045乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)略大，生膠強(qiáng)度較高，因此硫化膠的拉伸強(qiáng)度較高。另外，J-4045生膠碘值略小，耐熱老化性能較好；同時(shí)由于J-4045丙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，分子鏈上的叔碳原子略少，也使其耐老化性能略好[16]。J-4045硫化膠回彈值較小與圖5中J-4045混煉膠的S′較小一致。

從表2還可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的壓縮永久變形較大。作為最常用的密封制品主體材料之一，EPDM膠料的耐壓縮永久變形性能一直備受關(guān)注。J-4045生膠碘值較小，不飽和度越低，壓縮永久變形較大[17]。這也與圖6中tanδ的變化趨勢(shì)相符，J-4045硫化膠的tanδ較大，壓縮永久變形較大。

由于J-4045硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率較高，壓縮永久變形較大，回彈值略小，從配方設(shè)計(jì)的角度考慮，將J-4045硫化膠的補(bǔ)強(qiáng)體系用量減小、硫化體系用量增大，即可將其性能調(diào)節(jié)到與EP33硫化膠基本一致的水平。

2.3 經(jīng)濟(jì)效益

J-4045的市場(chǎng)價(jià)格約為每噸1.8萬(wàn)元，而EP33的市場(chǎng)價(jià)格約為每噸2.5萬(wàn)元，用國(guó)產(chǎn)J-4045替代進(jìn)口EP33具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，能為企業(yè)節(jié)省原材料成本，經(jīng)濟(jì)效益良好。

3 結(jié)論

（1）與EP33生膠相比，J-4045生膠的乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，碘值較小，平均相對(duì)分子質(zhì)量及其分布相差不大。

（2）與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的門尼粘度接近，硫化速率略小，S′較低。

（3）與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的物理性能和耐熱老化性能較好，壓縮永久變形較大，回彈值略小。

（4）將配方體系略作調(diào)整，國(guó)產(chǎn)J-4045即可替代進(jìn)口EP33，且具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。