滿敬國, 陳國棟, 劉生蘭, 錢偉國
(1.溧陽振大鐵路設(shè)備有限公司,江蘇 溧陽213300;2.哈金森工業(yè)橡膠制品(蘇州)有限公司,江蘇 蘇州215122)
三元乙丙橡膠抗撕裂性能的研究
滿敬國1, 陳國棟2, 劉生蘭2, 錢偉國2
(1.溧陽振大鐵路設(shè)備有限公司,江蘇 溧陽213300;2.哈金森工業(yè)橡膠制品(蘇州)有限公司,江蘇 蘇州215122)
實(shí)驗(yàn)采用EPDM配方,通過對(duì)硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)體系和填充體系的變量試驗(yàn),采用正交試驗(yàn)法考察過氧化物、硫磺、炭黑以及填充纖維四個(gè)因子對(duì)EPDM抗撕裂性能的影響,具體分析了其差異以及產(chǎn)生的原因,制定了優(yōu)化的EPDM抗撕裂配方和工藝條件。
EPDM;撕裂強(qiáng)度;最優(yōu)化工藝條件
EPDM被譽(yù)為“無龜裂橡膠”,在通用橡膠中它的耐臭氧性能最好,具有優(yōu)異的耐老化性能,壓縮形變小、彈性好,耐化學(xué)試劑性能優(yōu)異,在電纜、密封、膠輥甚至輪胎胎側(cè)等產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。但由于 EPDM是由 PE、PP以及少量第三單體聚合而成的,PE、PP均為直鏈型烯烴,分子支鏈少,第三單體僅提供少量的雙鍵以供交聯(lián),所以硫化膠支聯(lián)少,不能形成很好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致硫化后產(chǎn)品的撕裂性能差,在熱啟模過程中產(chǎn)品容易被撕裂,在使用條件較苛刻的環(huán)境下,產(chǎn)品也很容易被擠壓撕裂,影響產(chǎn)品的使用性能。
本文采用過氧化物與硫磺硫化體系并用,采用正交試驗(yàn)法考察了硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充體系中的助劑對(duì) EPDM抗撕裂性能的影響,然后,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和比較,制定了最優(yōu)化的EPDM抗撕裂配方。
EPDM 552,韓國SK株式會(huì)社產(chǎn)品;快壓出爐黑N550,青島德固薩化工有限公司產(chǎn)品;DCP,上海方銳達(dá)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品;碳納米纖維,Showa Denko K.K.公司產(chǎn)品;其它原材料為常見市售商品。
EPDM 552:100,ZnO:5,硬脂酸:1,防老劑:1,軟化劑:2,促進(jìn)劑 M:0.5,DCP:變量,S:變量,N550:變量,碳納米纖維:變量。
X(K)—160開煉機(jī)(上海橡膠機(jī)械廠);QLB平板硫化機(jī)(上海第一橡膠機(jī)械廠);AI—8000S電子拉力機(jī)(臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司);QP—16型橡膠、塑料沖片機(jī)(上?;C(jī)械四廠);MM4130C無轉(zhuǎn)子硫化儀(北京瑞達(dá)宇辰儀器有限公司);
用X(K)—160開煉機(jī)進(jìn)行塑煉和混煉,輥溫40~50℃
破膠(2 mm,三次)→薄通(0.2 mm,6次)→放厚(5 mm,3次)→下片→將輥距調(diào)節(jié)至2 mm,塑煉膠包輥后,先加入硬脂酸和防老劑→緩慢加入炭黑和軟化劑及碳納米纖維→加硫磺、DCP及促進(jìn)劑→打三角包(1 mm,5個(gè))→下片(5 mm)。
停放8 h后按MM4130C無轉(zhuǎn)子硫化儀所測(cè)得的時(shí)間,采用QLB平板硫化機(jī)在170℃下對(duì)試樣進(jìn)行硫化。
撕裂強(qiáng)度按 GB/T529—1999測(cè)定,拉伸速率為500 mm/min
影響混煉膠撕裂性能的因素主要有DCP(A)、S(B)、N550(C)、碳納米纖維(D),其因子水平如表1所示。
表1 試驗(yàn)因子水平
選擇L16(44)正交試驗(yàn)表來安排試驗(yàn),如表2所示。
根據(jù)表2設(shè)計(jì)共安排了16次試驗(yàn),考察了A、B、C和D四個(gè)因子對(duì)硫化膠力學(xué)性能的影響,結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出,隨著工藝條件參數(shù)的改變,混煉膠的撕裂強(qiáng)度發(fā)生了很大的差異,為得到抗撕裂性能優(yōu)異的硫化膠膠料,必須優(yōu)化EPDM膠料配方。
撕裂強(qiáng)度是表征硫化膠制品能夠抵抗撕裂的極限能力,是評(píng)價(jià)硫化膠質(zhì)量最重要的依據(jù)之一,因此,該試驗(yàn)選取硫化膠的撕裂強(qiáng)度為考察指標(biāo)并進(jìn)行正交試驗(yàn)分析,以確定EPDM抗撕裂配方中各組分的最佳配比。正交試驗(yàn)結(jié)果以及分析計(jì)算見表2和表3所示。
表2 正交試驗(yàn)結(jié)果
表3 方差分析表
從表3可以看出,因子D的影響都是極其顯著的,而因子A、B、C的影響也達(dá)到了較高水平,這是因?yàn)檫^氧化物硫化EPDM,在交織網(wǎng)絡(luò)中形成的短而且穩(wěn)定的C—C交聯(lián)鍵,化學(xué)穩(wěn)定性好,在網(wǎng)絡(luò)承受外力作用時(shí),產(chǎn)生斷裂需要吸收較高的能量,從而起到耗損外力,抗擊外力的作用。C—C交聯(lián)鍵運(yùn)動(dòng)性差,在外力作用下相對(duì)滑動(dòng)較困難,因此,網(wǎng)絡(luò)中形成過多的C—C交聯(lián)鍵會(huì)影響EPDM的抗撕裂性能。而硫磺硫化體系形成的單硫鍵或多硫鍵在主鏈承受外力時(shí)可以相對(duì)滑動(dòng),具有在一定程度上使斷裂化學(xué)鍵重新生成的能力,起到延緩破壞的作用。但含硫化學(xué)鍵的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性差,尤其在熱環(huán)境下EPDM的抗撕裂性能會(huì)比較差。為使膠料具有良好的綜合性能,我們采用了硫磺和過氧化物并用的硫化體系。炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)材料可將大分子鏈吸附在其表面,形成海島結(jié)構(gòu),使分子鏈更好地結(jié)合起來,從而分散外應(yīng)力,使更多的大分子均勻地分散外負(fù)荷,避免因某個(gè)分子的斷裂而形成應(yīng)力集中。但是,過多的炭黑會(huì)造成 EPDM吃料困難,混煉不均,造成應(yīng)力集中,而且過多的炭黑會(huì)影響EPDM的彈性,同樣也會(huì)降低其抗撕裂性能。碳納米纖維填料對(duì)EPDM的抗撕裂性能有明顯的改善作用,這是因?yàn)樘技{米纖維的長徑比大,在混入膠料后容易取向,可明顯提高膠料的定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度和抗切割破壞力,但加入過量的碳納米纖維,會(huì)使其在膠料中分散不均,從而影響硫化膠的綜合性能。因此,對(duì)于A、B、C和D因子要選最好的水平,通過對(duì)比表5中 T1、T2和 T3的大小給出硫化膠拉伸強(qiáng)度最佳水平組合為A3B1C2D2,即 DCP:3,S:0.3,N550:65,碳納米纖維:5。
為驗(yàn)證通過正交試驗(yàn)分析得出的優(yōu)化條件的可信度,在優(yōu)化條件下,進(jìn)行了3次試驗(yàn),得到的硫化膠力學(xué)性能如表4所示。
表4 優(yōu)化工藝條件下膠料的力學(xué)性能
從表4可以看出,在優(yōu)化條件下EPDM抗撕裂配方得到的硫化膠的力學(xué)性能,尤其是撕裂強(qiáng)度是令人滿意的。
在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)確定了配方:EPDM552:100,ZnO:5,硬脂酸:1,防老劑:1,軟化劑:2,促進(jìn)劑 M:0.5,DCP:3,S:0.3,N550:65,碳納米纖維:5。采用上述配方得到的硫化膠的力學(xué)性能尤其是抗撕裂性能較好。
[責(zé)任編輯:張啟躍]
TQ 330.4
B
1671-8232(2011)01-0024-03
2009-01-05
滿敬國(1981-)男,山東騰州人,溧陽振大鐵路設(shè)備有限公司工程師,主要從事橡膠材料的研發(fā)和工藝管理工作。