馬 妍

（南京利德東方橡塑科技有限公司，江蘇 南京 210028）

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外汽車需求量和產(chǎn)銷量的增加，汽車及零部件品質(zhì)方面的要求不斷提高，尤其對(duì)橡膠密封制品的性能提出了更高的要求，而壓縮永久變形對(duì)制品的密封性、回彈性和使用壽命影響較大。因此，壓縮永久變形是橡膠密封制品的重要性能指標(biāo)之一。

三元乙丙橡膠（EPDM）具有突出的耐高溫、耐熱氧老化、耐化學(xué)介質(zhì)和電絕緣性，且較其他通用橡膠密度小、比熱容大、燒蝕率低、填充性大及綜合性能優(yōu)異，因而在橡膠密封制品中應(yīng)用非常廣泛，如板式換熱器、剎車皮碗、密封圈、密封條等。關(guān)于EPDM壓縮永久變形的研究已有不少報(bào)道[1-3]，內(nèi)容主要是有關(guān)各配合體系對(duì)較高溫度條件下EPDM壓縮永久變形的影響，而有關(guān)各配合體系對(duì)壓縮永久變形影響顯著性的研究未見(jiàn)報(bào)道。

本研究采用正交試驗(yàn)法，主要分析硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充體系和增塑體系的用量對(duì)EPDM常溫和高溫壓縮永久變形的影響，旨在探討配方中影響常溫和高溫壓縮永久變形的主要因子，從而對(duì)設(shè)計(jì)低壓縮永久變形配方起到指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號(hào)4045，中國(guó)石油吉林石化公司產(chǎn)品；炭黑N550，無(wú)錫雙誠(chéng)炭黑有限公司產(chǎn)品；石蠟油，牌號(hào)SUNPAR 2280，太陽(yáng)石油遠(yuǎn)東有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

EPDM 100，氧化鋅 5，硬脂酸 1，過(guò)氧化二異丙苯（DCP）/N，N′-間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺（HVA-2） 變量，炭黑N550 變量，石蠟油變量。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開(kāi)煉機(jī)，大連華韓橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB-D500×500型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-M2000-A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-7024-EL型熱空氣老化箱和AI-3000型拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料按常規(guī)工藝在開(kāi)煉機(jī)上混煉，混煉膠停放24 h后硫化制樣。膠料的硫化時(shí)間因配方正硫化時(shí)間（t90）而異，具體條件為160 ℃/10 MPa×（t90+3 min）。試樣在室溫下停放16 h后進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

拉伸性能按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)試，采用I型啞鈴狀試樣。壓縮永久變形按照GB/T 7759.1—2015進(jìn)行測(cè)試，采用A型試樣，壓縮率 25%，常溫23 ℃，高溫 150 ℃，壓縮時(shí)間 24 h。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)因子和水平的確定

經(jīng)分析，EPDM配方中影響常溫和高溫壓縮永久變形的主要因素有硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充體系和增塑體系3個(gè)因素。

2.1.1 硫化體系

壓縮永久變形主要受交聯(lián)鍵的類型、交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及交聯(lián)密度等因素影響[4]。EPDM常用的硫化體系有硫黃硫化體系和過(guò)氧化物硫化體系，不同硫化體系硫化膠的壓縮永久變形差異較大，其中過(guò)氧化物硫化膠形成的碳-碳交聯(lián)鍵比硫黃硫化膠的單硫或多硫交聯(lián)鍵鍵能更高，因此采用過(guò)氧化物硫化體系壓縮永久變形優(yōu)勢(shì)明顯。DCP是應(yīng)用最普遍的過(guò)氧化物硫化劑，具有較高的交聯(lián)密度和良好的焦燒安全性，HVA-2是一種多功能橡膠助劑，能顯著改善膠料的耐熱性和降低壓縮永久變形。本研究選擇DCP/HVA-2作為EPDM的硫化體系，DCP/HVA-2用量比為4/1，3/2和2/3。

2.1.2 補(bǔ)強(qiáng)填充體系

炭黑作為應(yīng)用最廣泛的補(bǔ)強(qiáng)填料，可以賦予膠料良好的加工性能，并使膠料保持較好的定伸應(yīng)力和力學(xué)性能，同時(shí)可以大大降低膠料成本。本研究選擇中等粒徑且具有較高結(jié)構(gòu)的快壓出炭黑N550作為EPDM的補(bǔ)強(qiáng)填充體系，炭黑N550用量選擇40，60和80份。

2.1.3 增塑體系

在膠料中添加增塑劑可以降低膠料的粘度，改善膠料的加工性能，利于補(bǔ)強(qiáng)填充劑在膠料中的分散，提高硫化膠的彈性等。本研究選用石蠟油作增塑劑，石蠟油用量選擇10，20和30份。

2.2 因子與水平表

本研究考察的指標(biāo)是EPDM的常溫和高溫壓縮永久變形，需要測(cè)定膠料配方中幾種因子不同水平時(shí)的常溫和高溫壓縮永久變形，分析它們對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響規(guī)律及影響的顯著性，從而得出配方中影響常溫和高溫壓縮永久變形的主要因子。本試驗(yàn)因子與水平的設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 試驗(yàn)因子與水平

3 結(jié)果與討論

3.1 正交試驗(yàn)表和試驗(yàn)數(shù)據(jù)

待考察的因子有3個(gè)，其相對(duì)應(yīng)的水平有3個(gè)，忽略各因子之間的相互作用，正交試驗(yàn)表為四因子三水平，相應(yīng)的正交表頭為L(zhǎng)9（34），其中的空列為誤差列，共進(jìn)行9次試驗(yàn)，分三批進(jìn)行測(cè)試。L9（34）正交試驗(yàn)表及其相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)表及試驗(yàn)結(jié)果

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果的分析可以采用直觀分析法和方差分析法。直觀分析法雖然簡(jiǎn)單易懂且計(jì)算量小，但不能區(qū)分某因子水平所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之間的差異究竟是由因子水平引起的還是由試驗(yàn)誤差引起的，分析結(jié)論的可信度和精確度都不高[5]。而方差分析法關(guān)注誤差偏差平方和的大小和因子偏差平方和的大小，前者反映了由試驗(yàn)技術(shù)和儀器引起的性能指標(biāo)波動(dòng)情況，后者反映了由因子水平改變而引起的指標(biāo)波動(dòng)[6]，可以確定影響結(jié)果的主要因子及其水平，分析結(jié)論具有很高的可信度和精確度。

本研究采用方差分析法，分別對(duì)試驗(yàn)所得常溫和高溫壓縮永久變形進(jìn)行分析，結(jié)果如表3和4所示。

表3 常溫壓縮永久變形的方差分析

從表3可以看出，因子C的水平改變時(shí)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果具有高度顯著的影響，因子A和B對(duì)其影響都不顯著，可見(jiàn)石蠟油的用量對(duì)EPDM常溫壓縮永久變形的影響最為顯著，石蠟油用量越小，常溫壓縮永久變形越小。常溫壓縮永久變形最小的因子組合為A3B2C1，即DCP/HVA-2用量比為2/3，炭黑N550用量為60份，石蠟油用量為10份。

從表4可以看出，因子A對(duì)高溫壓縮永久變形的影響顯著，其他因子對(duì)其影響都不顯著，即DCP/HVA-2的用量比對(duì)EPDM高溫壓縮永久變形的影響最為顯著，HVA-2用量越大，高溫壓縮永久變形越小，高溫壓縮永久變形最小的因子組合為A3B3C2，即DCP/HVA-2并用比例為2/3，炭黑N550用量為80份，石蠟油用量為20份。此外，無(wú)論是常溫還是高溫壓縮永久變形，炭黑用量的影響都不顯著，因此可以通過(guò)調(diào)整炭黑N550的用量來(lái)滿足不同制品的硬度要求。

表4 高溫壓縮永久變形的方差分析

由正交試驗(yàn)結(jié)果分析可知，配方中影響常溫和高溫壓縮永久變形的主要因子并不同。在本試驗(yàn)范圍內(nèi)，石蠟油用量是影響EPDM常溫壓縮永久變形的主要因子，而DCP/HVA-2用量比是影響EPDM高溫壓縮永久變形的主要因子。因此，在設(shè)計(jì)低壓縮永久變形配方時(shí)，需先了解橡膠制品的實(shí)際工作溫度。

4 結(jié)論

（1）對(duì)于EPDM常溫壓縮永久變形，石蠟油用量的影響高度顯著，其他因子的影響都不顯著，石蠟油用量越小，常溫壓縮永久變形越小。

（2）對(duì)于EPDM高溫壓縮永久變形，DCP/HVA-2用量比影響顯著，其他因子的影響都不顯著，HVA-2用量越大，高溫壓縮永久變形越小。

（3）炭黑N550用量對(duì)EPDM常溫和高溫壓縮永久變形影響都不顯著。