夏季運輸環境對EPDM混煉膠的影響

2019-10-18 08:06:58張志強沈弘毅王曉君孫修強

彈性體 2019年5期

張志強，沈弘毅，王曉君，孫修強

(1.固恩治(青島)工程橡膠有限公司，山東青島 266042；2.上汽通用汽車有限公司，上海 201201)

隨著環保問題受到國家的日益關注，越來越多的橡膠制品企業依賴于外部的供應商為自己提供足量的混煉膠。但是運輸過程中一年四季惡劣的溫濕度環境是否會影響混煉膠的加工性，最終是否會影響產品的性能等一系列問題引起了橡膠制品企業和下游客戶的廣泛關注。

目前混煉膠的公路運輸用冷藏貨車，可以實現混煉膠在運輸過程中的溫濕度控制，但是成本較高。本文通過實驗室模擬長途運輸引起的環境溫濕度變化，證明運輸路途中的高溫高濕條件不影響三元乙丙橡膠(EPDM)混煉膠的擠出性能和安全焦燒性能，而且經過高溫高濕運輸條件的混煉膠生產出的散熱器水管，其各項性能均保持良好，即不影響水管的產品質量，沒有生產質量風險，從而確保EPDM混煉膠即使在夏季的惡劣運輸條件下也可以使用普通貨車進行運輸。

1 實驗部分

1.1 原料

過氧化物硫化體系的EPDM混煉膠：固恩治(青島)工程橡膠有限公司。

1.2 儀器及設備

高低溫老化試驗箱：MY-7250-BLB，江蘇艾默生試驗儀器科技有限公司；門尼黏度計：UM-2050，優肯科技股份有限公司；流變儀：UR-2010，優肯科技股份有限公司；電子拉力機：TCS-2000，高鐵科技股份有限公司；水管振動脈沖試驗機：MTC-800CNUC，科通儀器有限公司；差示掃描量熱儀(DSC)：Q20，TA儀器公司；橡膠加工分析儀(RPA)：RPA-2000，美國阿爾法科技公司；布魯克能譜儀(EDX)：QX70，布魯克(北京)科技有限公司；空氣老化試驗機：GT-7017-EM，高鐵科技股份有限公司

1.3 試樣制備

將60 kg的EPDM混煉膠置于高低溫老化箱中，老化箱的程序設置為5個循環，每個循環的條件是首先在70 ℃和80%濕度下放置6 h，然后在50 ℃和80%濕度條件下再放置18 h[1]。每一個循環結束，測試門尼黏度、門尼焦燒和流變數據。第3循環、第5循環和循環結束測試物理機械性能。五個循環結束后，將混煉膠放入擠出機，擠出內徑為19 mm、壁厚為3.5 mm的膠管，然后置于170 ℃的高壓硫化罐中硫化40 min。

1.4 分析測試

硫化特性采用ISO 6502進行測試；橡膠硬度采用ISO 7619—1進行測試；物理機械性能采用ISO 37進行測試；橡膠密度采用ISO 2781進行測試；老化性能采用ISO 188進行測試；熱性能采用ISO 11357—2進行測試；膠管性能采用GMW15024、GMW14329進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

表1為EPDM混煉膠在老化箱中于高溫高濕條件下經歷不同循環次數后的無轉子硫化儀(MDR)和門尼焦燒數據。從表1可以看出，經歷了5次循環，EPDM混煉膠的門尼焦燒(ts5)延長1 min，說明混煉膠中的過氧化物在高溫高濕條件下還是稍有損耗。MH及MH與ML差值的輕微降低也說明了高溫高濕的微弱影響，該影響微弱到可以認為在實驗誤差范圍內。ts5的輕微差異說明高溫高濕不會影響EPDM混煉膠的焦燒安全性能，而且這種膠料的硫化速度和硫化程度也不會因為高溫高濕而變化[2]。

表1 高溫高濕條件下不同循環次數下EPDM混煉膠的門尼焦燒和流變數據1)

1)ML為最小扭矩；MH為最大扭矩；t90為工藝正硫化時間；ts1為(ML+1)時對應的硫化時間；ts5為(MH+5)時對應的硫化時間。

2.2 物理機械性能

表2對比了EPDM混煉膠未經過高溫高濕環境儲存的物理機械性能和經歷3次、5次高溫高濕循環實驗后的物理機械性能，結果并無差異，說明高溫高濕的模擬條件對膠料的初始物性沒有影響。

表2 高溫高濕條件下不同循環次數下EPDM混煉膠的物性

2.3 熱力學行為

圖1對比了未經過高溫高濕環境儲存和分別經歷1次、3次、5次高溫高濕循環實驗后混煉膠的DSC數據。從圖1可以看到,在-50 ℃左右出現吸熱峰，當溫度達到Tg時，高分子的分子鏈開始運動帶來熱效應，因此該吸熱峰對應的溫度即為Tg。對比老化箱中放置不同時間的膠料測試所得的Tg可知，膠料在高溫下放置不同時間，Tg并不發生變化，說明高溫放置膠料并不影響膠料的熱效應[3]。

溫度/℃圖1 高溫高濕條件下不同循環次數下EPDM混煉膠的DSC圖

2.4 膠料組分

圖2對比了未經過高溫高濕環境儲存和分別經歷不同次數高溫高濕循環實驗后混煉膠的EDX數據圖。

元素名稱圖2 高溫高濕條件下不同循環次數下混煉膠的元素含量對比

從圖2可以看出，該混煉膠中的主要元素為C、O、Si、Al、Ca、Mg、S，從不同元素含量的對比明顯看出，雖然經歷了高濕度環境，會有水分深入混煉膠的內部，但是其對膠料主要元素含量的影響不大，尤其是氧元素的含量基本保持穩定，也就是說水分不會對混煉膠主要組分產生大的影響，這一點也可以從表3混煉膠水分含量的對比得到再次印證[4]。

表3 高溫高濕條件下不同循環次數下混煉膠的水分含量

2.5 RPA數據分析

圖3對比了未經過高溫高濕環境儲存和分別經歷不同次數高溫高濕循環實驗后混煉膠的RPA彈性扭矩隨時間變化情況。

時間/min圖3 彈性扭矩隨時間的變化圖

測試溫度為191 ℃，測試時間為6 min，經歷5次高溫高濕循環實驗后，ML沒變化，MH略有降低，這也再次印證膠料的硫化速度和硫化程度不會因為高溫高濕而發生變化[5-6]。

2.6 膠管性能

表4為膠料分別在高溫高濕模擬環境及常溫條件下儲存后擠出膠管的性能對比。從表4可以看出，經過高溫高濕膠料的初始附著力變差，但可以滿足標準要求，這是由高濕度帶來的輕微負面影響。初始爆破值基本不變，膠管冷彎及膠條冷彎都沒有問題，這與2.2中提到的膠料物理機械性能未發生變化的結果也是吻合的。壓力脈沖過程中膠管性能良好且沒有任何損壞，經過高溫高濕膠料的脈沖后爆破值可以滿足標準要求，但略微有所下降。總體來說經過5個高溫高濕循環，膠管初始附著力和脈沖后爆破值略有降低，但依然可以滿足標準要求。