三元乙丙橡膠EP33和J-4045性能的研究

王海波，付 杰，劉宇鑫，譚黎麗

（長春中科應化特種材料有限公司，吉林 長春 130012）

三元乙丙橡膠（EPDM）是乙烯、丙烯和非共軛二烯的共聚物，EPDM主鏈為飽和結構、側鏈有少量不飽和基團，獨特的分子結構使EPDM具有優異的耐熱、耐臭氧、耐腐蝕、電絕緣性能[1-5]，廣泛應用于建筑、汽車配件、電纜電線[6-12]等領域。

在眾多牌號EPDM產品中，牌號為EP33和J-4045的產品均為低門尼粘度、低乙烯基含量產品，也是用戶使用較多的產品，主要用于密封膠條、海綿橡膠與輪胎胎側膠等。由于二者化學結構與主要性能相似，理論上只需要適當調整配方和加工工藝即可相互替代[13]。

本工作用橡膠加工分析儀研究這兩種EPDM生膠、混煉膠和硫化膠的損耗因子（tanδ）與頻率（f）和應變（ε）的關系，以考察膠料的動態性能,并對比兩種EPDM硫化膠的物理性能，為二者相互替代提供指導。

1 實驗

1.1 主要原材料

EPDM，EP33，日本JSR公司產品；J-4045，中國石油吉林化學工業公司產品。炭黑N330，龍星化工股份有限公司產品。

1.2 試驗配方

EPDM 100，炭黑N330 35，氧化鋅 4，硬脂酸 1，防老劑RD 2，石蠟 1，硫黃 1.5，促進劑CZ 1，促進劑TMTD 0.5，合計 146。

1.3 主要設備和儀器

GK-1.5 L型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；Ф150 mm×320 mm開煉機，廣東省湛江機械廠產品；KY-3201-M 50T型平板硫化機，東莞市開研精密機械設備廠產品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；CMT4203型電子萬能實驗機，美斯特工業系統（中國）有限公司產品；GT-7042-RE型回彈性能測試儀和GT-7017-NMU型熱空氣老化箱，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段在密煉機中混煉。一段混煉轉子轉速為40 r·min-1，壓砣壓力為0.35 MPa。加料順序為：生膠→炭黑和小料→清掃→排膠。膠料在開煉機上下片，冷卻，停放16 h以上。二段混煉轉子轉速為20 r·min-1，壓砣壓力為0.35 MPa。加料順序為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→清掃→排膠。膠料在開煉機上下片，冷卻。

1.5 性能測試

膠料動態性能用橡膠加工分析儀測試，物理性能按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 動態性能

2.1.1 生膠

兩種EPDM生膠的理化性質如表1所示。

表1 兩種EPDM生膠的理化性質

從表1可以看出：與EP33生膠相比，J-4045生膠的乙烯基質量分數較大，即丙烯基質量分數較小，說明其生膠強度較高；J-4045生膠的碘值較小，說明其不飽和度較低，雙鍵較少[14]。

EP33和J-4045生膠門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]測試結果分別為43.4和44.4，J-4045的門尼粘度比EP33生膠略高。

用橡膠加工分析儀對兩種EPDM生膠分別進行頻率掃描（溫度為100 ℃，ε為7%）和應變掃描（溫度為100 ℃，f為0.1 Hz），曲線分別如圖1和2所示。

從圖1和2可以看出，無論是頻率掃描還是應變掃描，EP33和J-4045生膠的tanδ值和變化趨勢都基本相似，這說明EP33和J-4045生膠的平均相對分子質量及其分布相差不大，可以推斷這兩種EPDM在理論上能相互替代。

圖1 兩種EPDM生膠的tanδ-f曲線

圖2 兩種EPDM生膠的tanδ-lgε曲線

2.1.2 混煉膠

測試EP33和J-4045混煉膠的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]，結果分別為49.5和為50.1，二者非常接近。

用橡膠加工分析儀對兩種EPDM混煉膠分別進行頻率掃描（溫度為100 ℃，ε為7%）和應變掃描（溫度為100 ℃，f為0.1 Hz），曲線分別如圖3和4所示。

從圖3和4可以看出，與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的tanδ略小，但差異很小。通過調整混煉時間，可以使這兩種EPDM混煉膠的工藝性能接近。

圖3 兩種EPDM混煉膠的tanδ-f曲線

兩種EPDM混煉膠的硫化曲線（溫度為100 ℃）如圖5所示。

從圖5可以看出，與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的硫化速率略小、彈性轉矩（S′）明顯較低。這是由于J-4045生膠的碘值較小，即不飽和度較低，因此硫化速率較小[15]。

圖4 兩種EPDM混煉膠的tanδ-lgε曲線

圖5 兩種EPDM混煉膠的硫化曲線

2.1.3 硫化膠

在硫化結束后，用橡膠加工分析儀對硫化膠進行頻率掃描（溫度為60 ℃，ε為2%），兩種EPDM硫化膠的tanδ-f曲線如圖6所示。

圖6 兩種EPDM硫化膠的tanδ-f曲線

從圖6可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的tanδ較大，說明J-4045硫化膠的動態滯后損失較大，這與圖5中J-4045混煉膠的S′較小相對應。

2.2 硫化膠物理性能

兩種EPDM硫化膠的物理性能如表2所示。

表2 兩種EPDM硫化膠的物理性能

從表2可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的硬度、100%和300%定伸應力相當，拉伸強度和拉斷伸長率較大，回彈值略小，耐熱老化性能略好。這是由于J-4045乙烯基質量分數略大，生膠強度較高，因此硫化膠的拉伸強度較高。另外，J-4045生膠碘值略小，耐熱老化性能較好；同時由于J-4045丙烯基質量分數較小，分子鏈上的叔碳原子略少，也使其耐老化性能略好[16]。J-4045硫化膠回彈值較小與圖5中J-4045混煉膠的S′較小一致。

從表2還可以看出，與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的壓縮永久變形較大。作為最常用的密封制品主體材料之一，EPDM膠料的耐壓縮永久變形性能一直備受關注。J-4045生膠碘值較小，不飽和度越低，壓縮永久變形較大[17]。這也與圖6中tanδ的變化趨勢相符，J-4045硫化膠的tanδ較大，壓縮永久變形較大。

由于J-4045硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率較高，壓縮永久變形較大，回彈值略小，從配方設計的角度考慮，將J-4045硫化膠的補強體系用量減小、硫化體系用量增大，即可將其性能調節到與EP33硫化膠基本一致的水平。

2.3 經濟效益

J-4045的市場價格約為每噸1.8萬元，而EP33的市場價格約為每噸2.5萬元，用國產J-4045替代進口EP33具有一定的價格優勢，能為企業節省原材料成本，經濟效益良好。

3 結論

（1）與EP33生膠相比，J-4045生膠的乙烯基質量分數較大，碘值較小，平均相對分子質量及其分布相差不大。

（2）與EP33混煉膠相比，J-4045混煉膠的門尼粘度接近，硫化速率略小，S′較低。

（3）與EP33硫化膠相比，J-4045硫化膠的物理性能和耐熱老化性能較好，壓縮永久變形較大，回彈值略小。

（4）將配方體系略作調整，國產J-4045即可替代進口EP33，且具有一定的價格優勢。