兩種乙丙橡膠在密封條應用中的性能

劉麗娟

(中國石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132021)

乙丙橡膠一般分為二元乙丙橡膠(EPM)和三元乙丙橡膠(EPDM)。EPM為乙烯、丙烯的共聚物；EPDM為乙烯、丙烯以及少量非共軛二烯烴的共聚物。乙丙橡膠由于分子主鏈的高飽和性，使其具有卓越的耐候性、耐臭氧、耐熱性、良好的電絕緣性和耐化學性等性能[1-8]。EPM由于分子完全飽和，不能用硫磺硫化，只能采用有機過氧化物等特殊硫化方式進行硫化，因而在加工工藝和使用量上受到了限制，在乙丙橡膠商品牌號中的用量不超過20%；而EPDM由乙烯、丙烯和第三單體共聚而成，側鏈上含有一定量的不飽和二烯烴，因此不但可以采用EPM的硫化方式，還可以采用硫磺硫化，能夠保持乙丙橡膠的各種特性，在乙丙橡膠商品牌號中的用量超過80%[9-10]。目前國內市場上的乙丙橡膠主要應用于汽車配件、建筑材料、電線電纜、聚烯烴改性和油品添加劑等制品，其中用于生產密封條的高檔乙丙橡膠占比在25%以上[11-15]。

作為密封條生產所用的EPDM原料，生膠的微觀結構如共聚組成、序列分布、相對分子質量及其分布決定其物理機械性能和加工性能，乙烯含量、共聚單體含量及門尼黏度是乙丙橡膠牌號的主要選擇指標。許多牌號生膠可用于生產密封條，雖然基本技術指標接近，但由于生膠的結構和組成不同，使其在加工性能和物理機械性能方面的差異較大。不同生產廠家所采取的聚合工藝或控制方法不同，EPDM生膠合成時會在微觀結構與產品性能上存在著細微的差異，這種差異會對成型后的密封條外觀及性能產生影響。密封條外觀差或是壓縮永久變形不理想，會影響擠出產品在熱硫化過程中的軟化變形；抗塌陷性能變好會影響密封條擠出產品的尺寸挺性，因此在牌號選擇的過程中需要對指標進行綜合性能評價。本文研究了在生產密封條過程中，兩種乙丙橡膠產品對流變性能、抗塌陷性能和抗壓變性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料

1.2 儀器及設備

KY-3203K 開煉機：東莞市正工機電設備科技有限公司；XSS-300 密煉機：上海科創橡塑機械設備有限公司；AI-700-S 電子拉力機：高鐵科技股份有限公司；RPA2000 橡膠加工分析儀：美國Alpha公司；AG-1110 老化箱：日本島津公司；TG328A分析天平：上海精密科學儀器廠；XY-1邵氏硬度計：上海化工機械四廠；RH2000毛細管流變儀：英國Malvern公司；XQLB-350×350平板硫化機：上海橡膠機械制造廠。

1.3 試樣制備

生膠膠料混煉采用先密煉后開煉的二段混煉工藝。一段密煉工藝為：在XSS-300密煉機中，加入氧化鋅、硬脂酸、炭黑及石蠟油等進行混煉；二段開煉工藝為：在KY-3203K開煉機上，將一段母煉膠包輥后，先加入硫磺及促進劑，然后加入酚醛樹脂等，薄通三角包6次，將混煉膠片和硫化膠片停放16 h，待用。

1.4 性能測試

門尼黏度按照GB/T 1232.1—2000進行測試；拉伸強度、斷裂伸長率、定伸應力按照GB/T 528—2009進行測試；硫化膠熱氧老化性能按照GB/T 3512—2001進行測試；壓縮永久變形按照GB/T 7759—1996進行測試；硫化特性按照GB/T 16584—1996進行測試。

2 結果與討論

2.1 混煉膠的門尼黏度

門尼黏度主要反映橡膠加工性能的優劣。EPDM門尼黏度的高低和彈性的大小不僅與其生膠的相對分子質量有關，還與相對分子質量分布、長鏈支化和大分子的纏結程度等有關。一般乙烯的含量越高，分子鏈的柔順性越好，流動越容易，黏度就越低。當門尼黏度較高時，膠料不易混煉均勻及擠出加工，影響膠料的加工性能；而當門尼黏度低時，膠料易黏輥，同樣影響膠料的加工性能，并且門尼黏度過低則硫化后制品抗拉強度低。不同EPDM的配方如表1所示，生膠及其對應的混煉膠的門尼黏度測試結果如表2所示。

表1 酚醛樹脂硫化體系硫化配方

表2數據表明，Vistalon 3666與Royalene 694生膠及其混煉膠門尼黏度無顯著差異，說明其加工性能相當。

表2 EPDM生膠及其對應的混煉膠的門尼黏度

2.2 混煉膠的流變性能

在生膠混煉加工過程中，生膠在一定剪切頻率下的表觀黏度越大，膠料的流變性越差，而相應膠料的收縮性能越穩定，兩種EPDM混煉膠的頻率曲線如圖1所示。

剪切頻率/s-1圖1 Vistalon 3666與Royalene 694混煉膠的頻率曲線

EPDM密封條產品的成型加工過程中，在低剪切頻率條件下，剪切黏度值越大，膠料的強度越高，其抗塌陷能力就越好，在擠出后的冷卻過程中不會出現膠條斷裂或者因自身質量發生變形的現象；在高剪切頻率下，剪切黏度越小，膠料的強度越低，其加工流動性越好，混煉效果好，擠出過程中機頭壓力小，擠出量大，因此可以實現更快速的混煉和擠出。

從圖1可以看出，Vistalon 3666與Royalene 694的膠料在低剪切頻率下具有較高的剪切黏度，分子纏結度高，其擠出制品的抗塌陷性能較好，但不利于加工混煉；而在高剪切頻率下具有較低的剪切黏度，分子糾纏度低或基本消除，表現出良好的加工性能，對膠料的成型加工更加有利，Vistalon 3666與Royalene 694混煉膠的流變性能相當。

2.3 抗塌陷性能

EPDM未硫化膠管的外形保持率如表3所示。

表3 EPDM未硫化和硫化膠管的外形保持率

表3數據表明，Vistalon 3666與Royalene 694兩種膠料制品的抗塌陷性能相當，這與上述的門尼黏度、流變性能和硫化特性所反映的結果基本一致，尤其是硫化膠的外形保持性實際對應的是低剪切頻率下的條件，這與混煉膠門尼黏度的測試頻率相對應。結果是膠料的黏度越高，其強度也越好，硫化后的外形保持性能越好。

2.4 硫化膠的物理性能

EPDM硫化膠的硫化特性如表4所示，其物理性能見表5。

表4 EPDM硫化膠的硫化特性1)

1)ML為最小轉矩；MH為最大轉矩；t10為焦燒時間；t90為正硫化時間。

表4數據表明，Vistalon 3666與Royalene 694硫化參數非常接近，這說明其硫化特性基本一致。表5數據表明，Vistalon 3666與Royalene 694硫化膠的主要物理性能無顯著差異。

表5 EPDM硫化膠的物理性能

2.5 硫化膠的壓縮永久變形

壓縮永久變形是硫化橡膠在應力的作用下，分子發生蠕變的結果。乙丙橡膠在密封的應用領域，為了獲得長期密封的可靠性，一般都有較為嚴格的壓縮永久變形性能要求。在同一個配方下，將硫化后的樣品置于壓縮永久變形模具中，緊壓后置于100 ℃烘箱中72 h。冷卻30 min后，進行壓縮永久變形實驗，結果如表6所示。

表6數據表明，Vistalon 3666與Royalene 694硫化膠相比，硫化膠的壓縮永久變形相當，表現出優異的抗壓變性能，對密封條應用具有顯著的優勢。

表6 EPDM硫化膠的壓縮永久變形1)

1)h0為壓縮前試樣高度；h1為壓縮后試樣高度。

3 結 論

Vistalon3666、Royalene694混煉膠的加工性能相當；硫化膠的剪切黏度、抗塌陷性能、拉伸強度、斷裂伸長率、300%定伸應力、壓縮永久變形等性能相當，兩種EPDM對密封條應用具有顯著優勢。