李 鵬，王顯妮，高 茜

（1 陜西省石油化工研究設(shè)計(jì)院 高分子材料研究所，陜西西安 710069；2 咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 醫(yī)藥化工學(xué)院，陜西咸陽 712000）

近年來，由于汽車產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，汽車用橡膠配件需求量猛增。目前，國(guó)內(nèi)汽車減震件使用的減震材料主要是天然橡膠[1]。天然橡膠雖然有較好的回彈性和優(yōu)異的物理性能，但耐臭氧和耐熱性差[2]，最高使用溫度僅為100℃，導(dǎo)致天然橡膠類的減震件使用壽命嚴(yán)重縮短。

超高分子量三元乙丙橡膠具有良好的耐熱耐臭氧性能[3]，且分子量和天然橡膠相當(dāng)，能夠保證材料較高的強(qiáng)度和良好的彈性[4]。為使超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機(jī)械性能、耐熱空氣老化性能和較低的壓縮永久變形，本文主要從補(bǔ)強(qiáng)體系、增塑劑種類及硫化體系的選擇研究其對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

三元乙丙橡膠、天然膠乳、納米氧化鋅、硬脂酸、炭黑、防老劑、增塑劑、工藝助劑等,均為橡膠工業(yè)市售品。

1.2 主要儀器與設(shè)備

開煉機(jī)（XK-160A），上海橡膠機(jī)械廠；密煉機(jī)（XN-160），大連橡膠機(jī)械廠；平板硫化機(jī)（QLB-D），江蘇海門縣輕工機(jī)械廠；老化箱（401A），上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；電子拉力機(jī)（PT-1176P），臺(tái)灣寶大國(guó)際儀器有限公司；硫化儀（MDR-2000E），無錫蠡園電子化工設(shè)備廠；門尼粘度儀（UM-2050），臺(tái)灣優(yōu)肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特儀器有限公司；恒溫加熱磁力攪拌器（DF-101S），鞏義市予華儀器有限公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 補(bǔ)強(qiáng)體系對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

選用DZ-13 炭黑和N550 炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)體系，兩種炭黑不同用量對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠的物理性能、熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能的影響見表1。

從表1 可以看出，補(bǔ)強(qiáng)體系中隨著DZ-13 炭黑用量的增加，硫化膠的硬度逐漸升高，伸長(zhǎng)率和扯斷強(qiáng)度表現(xiàn)為先升高再降低。分析原因認(rèn)為，DZ-13 炭黑由于粒徑較小，結(jié)構(gòu)性較高，其對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果優(yōu)于N550 炭黑[5]。結(jié)果表明，加入25 份N550炭黑和45 份DZ-13 炭黑時(shí)超高分子量三元乙丙橡膠的扯斷強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較高，熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能適中。因此,選用N550 炭黑25 份與DZ-13炭黑45 份并用作為適合的補(bǔ)強(qiáng)體系用量。

表1 補(bǔ)強(qiáng)體系對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響Table 1 Effect of reinforcement system on the properties of ultra-EPDM

2.2 增塑劑對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

增塑劑的加入能夠增大大分子鏈橡膠分子的可塑性。增塑劑石蠟油、環(huán)烷油及芳香油對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響見表2。

表2 增塑劑對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響Table 2 Effect of plasticizer types on the properties of ultra-EPDM

從表2 可以看出，加入石蠟油的超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機(jī)械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形。同時(shí)，石蠟油具有較低的芳香烴含量和揮發(fā)性，低芳烴含量能夠提高橡膠的抗氧化降解性能，而低揮發(fā)性有助于防止膠料老化收縮，在改善橡膠制品的外觀的同時(shí)，能夠延長(zhǎng)橡膠制品的使用壽命[6]。因此，選擇石蠟油作為超高分子量三元乙丙橡膠材料適合的增塑劑。

2.3 硫化體系對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響

不同的硫化體系對(duì)橡膠材料的剛度、阻尼系數(shù)、耐熱性、耐疲勞性等均有影響。一般常用硫磺體系進(jìn)行硫化，由于硫磺體系中含有多硫鍵，能夠提高膠料的減震和耐動(dòng)態(tài)疲勞性能，但會(huì)對(duì)膠料的耐熱性能產(chǎn)生影響。根據(jù)超高分子量三元乙丙橡膠配方中的生膠比例，采用正交實(shí)驗(yàn)法（見表3、表4、表5），研究促進(jìn)劑S、CZ、DTDM、M 的用量對(duì)超高分子量三元乙丙橡膠性能的影響，結(jié)果見表5。

表3 正交試驗(yàn)的因子和水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiments

表4 正交試驗(yàn)組合Table 4 Combinations of orthogonal experiments

表5 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Resluts of orthogonal experiments

從表3～表5 可以看出，隨著促進(jìn)劑CZ 用量的增加，硫化膠的壓縮永久變形逐漸降低；增加促進(jìn)劑DTDM 的用量，提高了硫化膠的伸張疲勞系數(shù)；增加促進(jìn)劑M 的用量，硫化膠的扯斷伸長(zhǎng)率逐漸增大。為保證超高分子量三元乙丙橡膠具備較高的扯斷伸長(zhǎng)率，較低的壓縮永久變形和伸張疲勞系數(shù)，確定硫化體系的最佳水平組合為：S1.0、CZ1.5、DTDM 1.4、M0.5。

3 結(jié)論

（1）加入25 份N550 炭黑和45 份DZ-13 炭黑時(shí)，超高分子量三元乙丙橡膠的扯斷強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率較高，熱空氣老化性能和壓縮永久變形性能穩(wěn)定。

（2）加入石蠟油的超高分子量三元乙丙橡膠具備較好的物理機(jī)械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形。

（3）選用S1.0、CZ 1.5、DTDM 1.4、M0.5 的硫化體系，制備的超高分子量三元乙丙橡膠具備較高的扯斷伸長(zhǎng)率、較低的壓縮永久變形和伸張疲勞系數(shù)。