增強(qiáng)三元乙丙橡膠粘合性能的研究

王滕滕

（寧波裕江特種膠帶有限公司，浙江 寧波 315000）

汽車(chē)多楔帶是用在發(fā)動(dòng)機(jī)上靠摩擦力起傳動(dòng)作用的汽車(chē)零部件，主要功能是帶動(dòng)汽車(chē)壓縮機(jī)空調(diào)、發(fā)電機(jī)、水泵和動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵等部件運(yùn)轉(zhuǎn)，三元乙丙橡膠（EPDM）以優(yōu)異的耐高溫、耐磨、耐臭氧等性能成為目前制造汽車(chē)多楔帶的首選膠種。汽車(chē)多楔帶通常由橡膠基體、骨架線繩和帆布層三部分組成。目前國(guó)內(nèi)自主品牌的汽車(chē)多楔帶質(zhì)量與國(guó)外知名企業(yè)還存在一定差距，常出現(xiàn)帶楔撕裂、線繩抽出、脫層、異響等故障，這與橡膠基體和骨架線繩以及帆布層的粘合性能差有密切關(guān)系，主要是因?yàn)镋PDM是非極性橡膠，自粘性和互粘性較差。目前關(guān)于EPDM的研究主要集中在力學(xué)性能[1]、耐老化性能和共混[2-3]方面，對(duì)粘合性能的研究較少。本工作基于上述背景，從配方和工藝上探索增強(qiáng)EPDM粘合性能的途徑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

EPDM，牌號(hào)4450，阿朗新科公司產(chǎn)品；烷基酚醛樹(shù)脂，牌號(hào)AD2110，上海怡創(chuàng)化工有限公司產(chǎn)品；增塑劑2280，寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N774，美國(guó)卡博特公司產(chǎn)品；硫化劑DCP和TAIC，荷蘭阿克蘇諾貝爾公司產(chǎn)品；聚酯線繩，規(guī)格2×3，米勒工程線繩（蘇州）有限公司產(chǎn)品；其余原材料均為常用市售產(chǎn)品。

1.2 配方

基本配方：EPDM 100，炭黑N774 60，氧化鋅 5，硬脂酸 2，防老劑ODA 2，防老劑MBZ 0.5。在基本配方基礎(chǔ)上，加入烷基酚醛樹(shù)脂、增塑劑和硫化劑進(jìn)行變量試驗(yàn)。

1.3 主要設(shè)備和儀器

S（X）K-160A 型雙輥開(kāi)煉機(jī)和QLB-D 350×350×2型平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠有限公司產(chǎn)品；GT-M2000-A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和GTAI7000-M型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；邵氏A型硬度測(cè)定儀，上?；C(jī)械四廠產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

首先將EPDM生膠在0.8 mm輥距下塑煉（薄通3次），然后將塑煉后的膠料在開(kāi)煉機(jī)上混煉，混煉工藝為：輥距調(diào)至2 mm，依次加入防老劑、氧化鋅、硬脂酸，吃粉完畢后再依次加入炭黑、增塑劑，最后加入硫化劑，吃粉完畢后左右割刀3/4重復(fù)2次，薄通、打三角包5次后出片。

混煉膠停放24 h后硫化，硫化條件為170℃×1.5t90。硫化膠在標(biāo)準(zhǔn)溫度（23±5）℃下停放24 h后進(jìn)行性能測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

（1）粘合性能。以EPDM與聚酯線繩的H抽出力作為衡量指標(biāo)，按GB/T 2942—2009進(jìn)行測(cè)試。

（2）其余各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 烷基酚醛樹(shù)脂用量對(duì)EPDM性能的影響

在基本配方的基礎(chǔ)上，加入烷基酚醛樹(shù)脂并進(jìn)行變量試驗(yàn)，其他組分和用量為增塑劑2280 5，硫化劑DCP 7，硫化劑TAIC 3。

2.1.1 粘合性能

烷基酚醛樹(shù)脂用量對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖1所示。

圖1 烷基酚醛樹(shù)脂用量對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響

從圖1可以看出，隨烷基酚醛樹(shù)脂用量增大，H抽出力明顯增大，EPDM粘合性能提高。分析原因?yàn)橥榛尤?shù)脂分子結(jié)構(gòu)中的烷基可與EPDM分子鏈發(fā)生共交聯(lián)反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基可與聚酯線繩表面的RFL（間苯二酚甲醛膠乳）涂層形成氫鍵，從而使烷基酚醛樹(shù)脂成為很好的“橋梁”，將橡膠與聚酯線繩緊密結(jié)合起來(lái)。

2.1.2 硫化特性和物理性能

烷基酚醛樹(shù)脂用量對(duì)EPDM膠料硫化特性和物理性能的影響如表1所示。

表1 烷基酚醛樹(shù)脂用量對(duì)EPDM膠料硫化特性和物理性能的影響

從表1可以看出：隨著烷基酚醛樹(shù)脂用量的增大，膠料的t5和t90均延長(zhǎng)，這是因?yàn)橥榛尤?shù)脂中的酚羥基終止了部分過(guò)氧化物如硫化劑DCP分解產(chǎn)生的自由基，從而延遲硫化，在一定程度上提高了加工安全性；Fmax和100%定伸應(yīng)力下降，拉斷伸長(zhǎng)率提高，說(shuō)明體系交聯(lián)密度降低，這也是因?yàn)橥榛尤?shù)脂分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基終止了部分過(guò)氧化物自由基；邵爾A型硬度提高，說(shuō)明烷基酚醛樹(shù)脂有增硬效果；拉伸強(qiáng)度提高，分析原因可能為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的均勻性提高。

2.2 硫化劑DCP/TAIC用量比對(duì)EPDM性能的影響

在基本配方的基礎(chǔ)上，加入硫化劑DCP和TAIC并改變二者的用量比進(jìn)行變量試驗(yàn)，其他組分和用量為烷基酚醛樹(shù)脂 4，增塑劑2280 5，硫黃 0.3。

2.2.1 粘合性能

硫化劑DCP/TAIC用量比對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖2所示。

圖2 硫化劑DCP/TAIC用量比對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響

從圖2可以看出，在硫化劑總用量不變的情況下，隨著主硫化劑DCP用量的增大及助硫化劑TAIC用量的減小，EPDM與聚酯線繩的H抽出力先提高后保持不變，當(dāng)硫化劑DCP用量為8份時(shí)，H抽出力最高。分析原因?yàn)樵诘土蚧瘎〥CP用量下，隨著硫化劑DCP用量增大，在烷基酚醛樹(shù)脂的“橋梁”作用下，聚酯線繩與EPDM共交聯(lián)程度增大，H抽出力提高；當(dāng)硫化劑DCP用量超過(guò)8份后，共交聯(lián)程度已達(dá)到飽和，硫化劑DCP用量的增大已不能促進(jìn)粘合性能的進(jìn)一步提高。

2.2.2 硫化特性和物理性能

硫化劑DCP/TAIC用量比對(duì)EPDM膠料硫化特性和物理性能的影響如表2所示。

從表2可以看出：隨著硫化劑DCP/TAIC用量比的增大，膠料的t5和t90縮短，焦燒時(shí)間縮短不利于膠料的加工安全性；Fmax、邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度提高，拉斷伸長(zhǎng)率下降，這是體系交聯(lián)密度增大的結(jié)果。從粘合性能、硫化特性和物理性能方面綜合考慮，硫化劑DCP/TAIC用量比以9/1為最佳。

2.3 增塑劑2280用量對(duì)EPDM性能的影響

在基本配方的基礎(chǔ)上，加入增塑劑2280并進(jìn)行變量試驗(yàn)，其他組分和用量為烷基酚醛樹(shù)脂4，硫黃 0.3，硫化劑DCP 9，硫化劑TAIC 1。

2.3.1 粘合性能

增塑劑2280用量對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著增塑劑2280用量的增大，H抽出力幾乎呈線性下降趨勢(shì)，這是因?yàn)樵鏊軇┑募尤胱璧K了EPDM與聚酯線繩的共交聯(lián)作用，因此降低了EPDM與聚酯線繩的粘合性能。

2.3.2 物理性能

增塑劑2280用量對(duì)EPDM硫化膠物理性能的影響圖4所示。

圖4 增塑劑2280用量對(duì)EPDM硫化膠物理性能的影響

從圖4可以看出，隨著增塑劑2280用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均降低，拉斷伸長(zhǎng)率提高，綜合物理性能下降。

綜上所述，在EPDM中加入增塑劑2280對(duì)其粘合性能和物理性能均不利，因此在EPDM配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)不用或少用增塑劑。

2.4 硫化工藝對(duì)EPDM粘合性能的影響

根據(jù)2.3節(jié)的試驗(yàn)，配方中不添加增塑劑，研究硫化工藝對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 硫化工藝對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響

從圖5可以看出，在保證EPDM膠料充分硫化的前提下，硫化工藝對(duì)EPDM與聚酯線繩粘合性能的影響不大，因此為提高生產(chǎn)效率，EPDM汽車(chē)多楔帶可采用高溫快速硫化工藝。

3 結(jié)論

（1）烷基酚醛樹(shù)脂可提高EPDM與聚酯線繩的粘合性能，并有防止焦燒和增硬效果。

（2）在硫化劑總用量不變的情況下，隨著主硫化劑DCP用量的增大及助硫化劑TAIC用量的減小，EPDM與聚酯線繩的粘合性能先提高后保持不變，膠料焦燒時(shí)間縮短，物理性能提高。硫化劑DCP/TAIC用量比為9/1時(shí)，綜合性能最佳。

（3）隨著增塑劑2280用量的增大，EPDM與聚酯線繩的粘合性能幾乎呈線性下降趨勢(shì)，且膠料物理性能降低，因此在EPDM配方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)不用或少用增塑劑。

（4）在保證EPDM膠料充分硫化的前提下，無(wú)論采用低溫長(zhǎng)時(shí)間硫化，還是高溫快速硫化，對(duì)EPDM與聚酯線繩的粘合性能影響不大，通常情況下為提高生產(chǎn)效率，EPDM汽車(chē)多楔帶可采用高溫快速硫化工藝。