復(fù)煉工藝對(duì)乙丙橡膠（EP8282）的影響分析

劉莉莉，朱常才

（大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司機(jī)械加工車(chē)間，遼寧 大連 116000）

乙丙橡膠主要以主鏈為乙烯、丙烯結(jié)構(gòu)單元組成的合成橡膠，根據(jù)分子鏈中單體組成不同，乙丙橡膠主要分為二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM），三元乙丙橡膠（EPDM）在二元乙丙橡膠的基礎(chǔ)上在主鏈上引入第三單體，分子主鏈飽和，使乙丙橡膠具有良好的耐候性、耐臭氧性、耐水性、抗老化性、耐化學(xué)品腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，作為重要的密封材料，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、航空工業(yè)、建筑材料等領(lǐng)域。EPDM被譽(yù)為“無(wú)龜裂橡膠”，適合用于苛刻環(huán)境中，是飛機(jī)等高速動(dòng)載領(lǐng)域中重要的密封材料。

橡膠制造廠出廠的混煉膠不能直接用來(lái)壓制橡膠零件，橡膠在儲(chǔ)存過(guò)程中填料會(huì)產(chǎn)生再聚集，混煉膠Payne效應(yīng)提高，混煉膠塑性降低，所以必須將混煉膠進(jìn)行復(fù)煉。混煉膠的復(fù)煉主要是借助開(kāi)煉機(jī)兩輥筒之間的機(jī)械剪切力對(duì)膠料的剪切摩擦作用，趕出膠料中的氣體，分散調(diào)料聚集體和提高膠料的模壓流動(dòng)性，并有助于提高最終產(chǎn)品的性能。本文主要研究復(fù)煉工藝對(duì)一批次牌號(hào)為EP8282的乙丙橡膠硫化特性、物理性能和填料分散的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要材料與試樣制備

（1）主要材料。乙丙橡膠混煉膠（中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院，牌號(hào)：EP8282）。

（2）試樣制備。混煉膠在BL-6175BL型雙輥開(kāi)煉機(jī)（寶輪精密檢測(cè)儀器有限公司）進(jìn)行復(fù)煉，開(kāi)煉機(jī)初始溫度為45℃，先將開(kāi)煉機(jī)輥距調(diào)為1mm加入EP8282混煉膠，使膠料包輥，左右割刀三次下片，然后將輥距調(diào)為0.2mm，每組混煉膠分別薄通打三角包0，2，6，12次，最后，將輥距調(diào)為2mm下片。

復(fù)煉后的膠料在平板硫化機(jī)（HS-100T-RTMO型，深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司）上采用GB/T16584-1996及ISO6502-1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行硫化壓片，硫化溫度170℃，硫化時(shí)間10min，壓力15MPa。

硫化膠在二段硫化箱（MZ-401型，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司）中進(jìn)行二段硫化，二段硫化溫度150℃，時(shí)間1h。

1.2 性能測(cè)試

無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀（MDR2000型，美國(guó)ALPHA公司）測(cè)試復(fù)煉后混煉膠的硫化特性，硫化溫度為170oC，測(cè)試時(shí)間30min，硫化儀下模腔擺動(dòng)角度為±1°。

按照GB/T1232-2000標(biāo)準(zhǔn)在門(mén)尼黏度計(jì)（MOON MV 2000型，美國(guó)Alpha公司）用于不同復(fù)煉條件下的混煉膠的門(mén)尼黏度測(cè)試，混煉膠門(mén)尼黏度值采用ML1+4100℃。

按照GB/T 528-1998標(biāo)準(zhǔn)在萬(wàn)能電子拉力機(jī)試驗(yàn)機(jī)（Z005型，德國(guó)Zwick公司）上測(cè)試硫化膠的力學(xué)性能，電子拉力機(jī)拉伸速率為500mm/min。按GB/T 529-1999標(biāo)準(zhǔn)在萬(wàn)能電子拉力試驗(yàn)測(cè)試混煉膠的撕裂強(qiáng)度。

采用GT-GS-MB型邵氏A硬度計(jì)按GB/T 531-1999（臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司）測(cè)試硫化膠硬度。

混煉膠和硫化膠中填料分散采用EM-ARM200F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（日本株式會(huì)社）表征。

2 結(jié)果分析

2.1 門(mén)尼黏度和硫化特性

用開(kāi)煉機(jī)對(duì)混煉膠EP8282在不同薄通次數(shù)下復(fù)煉，薄通次數(shù)對(duì)混煉膠門(mén)尼黏度和硫化特性的影響如表1所示。薄通次數(shù)增加，混煉膠的門(mén)尼黏度降低，混煉膠加工流動(dòng)性提高。混煉膠的門(mén)尼黏度會(huì)隨著停放時(shí)間延長(zhǎng)而增大，膠料中炭黑粒子發(fā)生團(tuán)聚，混煉膠可塑性降低。

表1 不同復(fù)煉工藝EP8282門(mén)尼黏度和硫化特性

混煉膠停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，極性較強(qiáng)的配合劑會(huì)向著相互聚集的方向發(fā)展，產(chǎn)生一定的聚集效應(yīng)，硫化前混煉膠的復(fù)煉過(guò)程能夠使聚集的填料及其他配合劑得到進(jìn)一步分散，有助于提高硫化產(chǎn)品的性能。另外，表中可知膠料EP8282門(mén)尼黏度較高，這與膠料本身的性能以及填料的存在及存放過(guò)程中膠料的結(jié)構(gòu)化有關(guān)，門(mén)尼黏度高復(fù)煉困難，毛胚的成形性差，硫化充模性差，制品上容易出現(xiàn)硫化痕跡，所以膠料硫化硫化之前需要充分復(fù)煉降低門(mén)尼黏度，提高膠料的可塑性，便于硫化成型。

復(fù)煉工藝中薄通次數(shù)對(duì)EP8282硫化硫化特性的影響見(jiàn)表1和圖1，從中可以看出，薄通次數(shù)對(duì)EP8282的影響較小。薄通次數(shù)增加膠料硫化過(guò)程中最大扭矩先升高后降低，但變化率較小。薄通次數(shù)增加，膠料的t10變化在0.1min以?xún)?nèi)。膠料EP8282的t10時(shí)間較短，在硫化裝料過(guò)程中容易產(chǎn)生早期焦燒，使膠料在模腔中流動(dòng)不充分，產(chǎn)生制品的缺膠現(xiàn)象并且制品上易出現(xiàn)硫化痕跡。這就需要膠料EP8282在硫化過(guò)程中裝模速度需要盡可能快，并且硫化時(shí)要控制好放氣次數(shù)，放氣時(shí)間間隔，以便提高成品硫化件質(zhì)量。從膠料EP8282的硫化曲線（圖1）可以看出，硫化過(guò)程中（硫化時(shí)間30min）膠料扭矩一直處于上升的趨勢(shì)，不存在返原現(xiàn)象，這是過(guò)氧化物硫化體系硫化的膠料的典型硫化曲線。

圖1 膠料EP8282硫化曲線

2.2 EP8282硫化膠物理性能

不同薄通次數(shù)的EP8282硫化膠的物理性能參數(shù)如表2。

表2 不同復(fù)煉工藝下EP8282硫化膠的物理性能

從表2可以看出，復(fù)煉工藝中薄通次數(shù)的增加對(duì)硫化膠的拉伸強(qiáng)度影響不大，邵爾A硬度基本保持不變，斷裂伸長(zhǎng)率具有較大的波動(dòng)。EM8282硫化膠的撕裂強(qiáng)度和100%和200%定伸應(yīng)力，隨著薄通次數(shù)的增加先增加后減小。

對(duì)于大多數(shù)橡膠制品而言，生產(chǎn)過(guò)程中需要填充較大份數(shù)的炭黑等補(bǔ)強(qiáng)填料，補(bǔ)強(qiáng)填料的添加量對(duì)橡膠硬度有直接影響，一般填料量增加，橡膠硬度增大。除此之外，橡膠內(nèi)大分子鏈的交聯(lián)密度也直接影響硫化膠的硬度，同時(shí)，兩者也對(duì)硫化膠的拉伸強(qiáng)度起著決定性作用。因此，復(fù)煉過(guò)程中薄通次數(shù)對(duì)硫化膠的硬度和拉伸強(qiáng)度基本無(wú)影響。

圖2為乙丙橡膠EP8282硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線，小應(yīng)變下硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線相差較小，隨著應(yīng)變量的增加，不同薄通次數(shù)下硫化膠應(yīng)力應(yīng)變曲線之間差距變大。復(fù)煉工藝中薄通次數(shù)對(duì)EP8282硫化膠低應(yīng)變下的應(yīng)力影響較小，對(duì)高應(yīng)變下應(yīng)力影響較大，對(duì)于長(zhǎng)期停放的混煉膠返煉能夠?qū)⑼７胚^(guò)程中產(chǎn)生的填料聚集得到進(jìn)一步分散，降低填料聚集，一定程度上提高材料物理性能，但薄通次數(shù)過(guò)多，膠料受長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械剪切作用，橡膠長(zhǎng)鏈部分被破壞，硫化膠高應(yīng)變下性能降低。

圖2 不同薄通次數(shù)下EP8282硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變曲線

通過(guò)不同復(fù)煉工藝下乙丙橡膠EP8282的力學(xué)性能變化和應(yīng)力應(yīng)變曲線證明，復(fù)煉過(guò)程中薄通次數(shù)的增加（≤6次），乙丙橡膠的力學(xué)性能提高，尤其是撕裂強(qiáng)度、定伸應(yīng)力有較大的提高，這對(duì)該種膠料的制品在使用過(guò)程中抗外力損壞、抗磨損性和抗裂紋延伸有一定的作用，提高EP8282橡膠制的使用性能。

2.3 填料分散

為了進(jìn)一步分析返煉前后混煉膠中填料的分散情況，采用掃描電鏡（SEM）觀察了返煉前后膠料中填料的分散情況。圖3為返煉前混煉膠脆性斷面的掃描電子顯微鏡照片。

圖3 未返煉混煉膠SEM照片

從圖3中可以看出，返煉之前混煉膠內(nèi)存在較大填料聚集體（＞1um），填料聚集體可能廠家在生產(chǎn)過(guò)程中填料分散不均勻造成的，混煉膠在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的填料的聚集。填料聚集體的存在容易在硫化制品內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生內(nèi)部缺陷，減低制品的物理機(jī)械性能。尤其對(duì)于小型橡膠密封制品，聚集體的存在嚴(yán)重影響制品使用壽命。返煉能夠使填料進(jìn)一步分散，增加填料分散性。圖4為返煉薄通6次后EP8282硫化膠脆性斷面的SEM照片。

圖4 返煉后硫化膠SEM照片

從圖4中可以看出，EP8282混煉膠中填料分散均勻，不存在大的填料聚集體。結(jié)果表明，返煉能夠增加填料的分散性，填料分散性提高，材料內(nèi)部分布均勻，有助于提高橡膠制品物理機(jī)械性能，同時(shí)提高制品的使用壽命。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）返煉工藝中薄通次數(shù)增加，EP8282混煉膠的門(mén)尼黏度降低，混煉膠的可塑性增加；薄通次數(shù)對(duì)混煉膠的硫化特性影響較小，EP8282硫化特征曲線為過(guò)氧化物硫化膠料的典型硫化曲線。混煉膠的t10時(shí)間較短，制品硫化過(guò)程中應(yīng)控制裝料時(shí)間，保證膠料完全充模硫化。

（2）薄通次數(shù)對(duì)EP8282硫化膠的拉伸強(qiáng)度和邵爾A硬度基本無(wú)影響，斷裂伸長(zhǎng)率具有較大的波動(dòng)。EM8282硫化膠的撕裂強(qiáng)度和100%和200%定伸應(yīng)力隨著薄通次數(shù)的增加先增加后減小。

（3）未返煉的混煉膠內(nèi)存在著較大填料聚集體（＞1um），填料聚集體可能廠家在生產(chǎn)過(guò)程中填料分散不均勻造成的，混煉膠在轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定的填料的聚集。經(jīng)過(guò)返煉薄通填料能夠增加得到進(jìn)一步分散，填料分散性提高。