天然膠并用對三元乙丙橡膠耐疲勞性能影響的研究*

高 茜，李琳娜，于芳蕾

（咸陽職業技術學院 醫藥化工學院，陜西咸陽 712000）

三元乙丙橡膠具有主鏈飽和度高、耐候性強、耐屈撓性能優異等優點[1]，因此被廣泛應用于動態領域中，但因其強度、耐疲勞性和回彈性不如天然橡膠[2]，從而限制了其在汽車減震系統、排氣管架和懸掛襯套等領域的應用。

將天然橡膠均勻分散在三元乙丙橡膠體系中，能夠有效降低三元乙丙橡膠材料外界沖擊載荷，延長三元乙丙橡膠材料的耐疲勞使用壽命[1]。

為提高三元乙丙橡膠的耐疲勞性能，同時具備較好的力學性能和較低的壓縮永久變形，本文主要從天然膠并用量、防老劑種類及硅鋁氧烷用量對三元乙丙橡膠耐疲勞性能的影響進行了研究。

1 實驗部分

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，均為橡膠工業市售品。

1.2 主要儀器與設備

開煉機（XK-160A），上海橡膠機械廠；密煉機（XN-160），大連橡膠機械廠；平板硫化機（QLB-D），江蘇海門縣輕工機械廠；老化箱（401A），上海實驗儀器總廠；電子拉力機（PT-1176P），臺灣寶大國際儀器有限公司；硫化儀（MDR-2000E），無錫蠡園電子化工設備廠；門尼粘度儀（UM-2050），臺灣優肯；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。

1.3 混煉工藝

采用兩段混煉工藝混煉，一段混煉在1.5L小型密煉機中進行，加入生膠、炭黑、防老劑和工藝助劑，密煉溫度控制在140℃±5℃，有效密煉時間控制在6min～8min。

二段混煉在開煉機上進行，加入一段混煉膠、硫化劑、促進劑，左右各開?刀3次，打三角包4次，在1mm輥距薄通3次，在2.5mm輥距排氣，下片。

膠料停放12h后，試樣在平板硫化機上進行硫化，條件為：170℃×20min。

2 結果與討論

2.1 天然膠并用量對三元乙丙橡膠性能的影響

天然膠不同用量對三元乙丙橡膠物理性能、熱空氣老化性能和抗疲勞性能的影響見表1。

表1 天然膠并用量對三元乙丙橡膠性能的影響Table 1 Effect of NR dosage on the properties of EPDM

由表1可以看出，天然橡膠的并入有效提高了三元乙丙橡膠的扯斷伸長率和拉伸強度。隨著天然橡膠用量的增加，三元乙丙橡膠的撕裂強度先升高再降低，熱空氣老化性能明顯下降，壓縮永久變形大幅增大。在保證三元乙丙橡膠具備良好物理機械性能和耐熱性能的前提下，選擇5份天然橡膠并入，能夠提高三元乙丙橡的耐疲勞性能。

2.2 防老劑對三元乙丙橡膠性能的影響

橡膠材料長時間在大氣中氧、臭氧及光等因素作用下，會出現發粘、硬化、龜裂等現象[3]。在三元乙丙橡膠制備中加入防老劑可以提高材料的抗老化性能。防老劑RD、防老劑MB及防老劑4010對三元乙丙橡膠性能的影響見表2。

表2 防老劑對三元乙丙橡膠性能的影響Table 2 Effect of antiager on the properties of EPDM

從表2可以看出，與加入防老劑MB及防老劑4010的三元乙丙橡膠材料性能相比較，在配方中加入防老劑RD制備的三元乙丙橡膠具備較好的物理機械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形，同時膠料的伸張疲勞系數最大，提高了三元乙丙橡膠的耐疲勞性能。因此，選擇防老劑RD作為三元乙丙橡膠材料適合的防老劑。

2.3 硅鋁氧烷對三元乙丙橡膠性能的影響

隨著橡膠助劑用量的增加，三元乙丙橡膠的拉伸強度及抗疲勞性能隨之下降。研究發現，硅鋁氧烷的加入能夠有效提高橡膠材料的抗疲勞性能[4]。硅鋁氧烷的用量對三元乙丙橡膠抗疲勞性能的影響見表3。

表3 硅鋁氧烷對三元乙丙橡膠性能的影響Table 3 Effect of alumina-siloxane on the properties of EPDM

由表3可以看出，硅鋁氧烷的加入能夠增加三元乙丙橡膠的疲勞壽命。隨著硅鋁氧烷用量的增加，三元乙丙橡膠的伸張疲勞系數隨之增加，硬度和扯斷伸長率先升高再降低。研究表明，三元乙丙橡膠在進行疲勞試驗過程中，膠料內部含硫交聯鍵發生熱分解，生成大分子游離基，促使分子鏈發生氧化[5]，膠料的拉伸強度隨之下降。分析原因認為，硅鋁氧烷的加入，能夠與大分子游離基相結合，產生新的交聯鍵，從而有效抑制了膠料裂紋的擴展，能夠增強三元乙丙橡膠的抗疲勞性能。結果表明，在保證三元乙丙橡膠具備良好物理機械性能和耐熱性能的前提下，提高三元乙丙橡的耐疲勞性能，選擇4份硅鋁氧烷作為合適的用量。

3 結論

（1）加入5份天然橡膠并入，能夠提高三元乙丙橡的耐疲勞性能。

（2）加入防老劑RD制備的三元乙丙橡膠具備較好的物理機械性能、耐熱空氣老化性能和最低的壓縮永久變形，同時膠料的伸張疲勞系數最大，提高了三元乙丙橡膠的耐疲勞性能。

（3）在保證三元乙丙橡膠具備良好物理機械性能和耐熱性能的前提下，提高三元乙丙橡的耐疲勞性能，選擇4份硅鋁氧烷作為合適的用量。