硅橡膠/乙烯丙烯酸酯橡膠并用膠的性能研究

張淑珍，紀金權，宋艷平，吳明生

（1.青島科技大學，山東 青島 266000；2.山東美晨工業集團有限公司，山東 諸城 262200）

橡膠制品被廣泛應用于各種場合，有時單一膠種已不能滿足制品的需求，為獲得更好的性能，一般采用多種橡膠并用或橡膠與塑料并用，如輪胎、膠管、膠帶、密封件等常采用多種橡膠并用制成。

硅橡膠（VMQ）具有優異的耐熱性能、耐寒性能、耐電介性能、耐臭氧老化性能和耐大氣老化性能[1-4]，而其突出的性能是使用溫域寬，能在－60（或更低的溫度）～250 ℃（或更高的溫度）下長期使用。但VMQ的拉伸強度和撕裂強度等較低，在常溫下其力學性能不及大多數合成橡膠，在出現劃痕、裂紋的情況下很容易被撕裂或扯斷。此外，VMQ的門尼粘度較低，常溫下挺性較差，不適合擠出工藝成型。

乙烯丙烯酸酯橡膠（AEM）同樣具有優異的耐熱性能、耐寒性能、耐臭氧老化性能和耐大氣老化性能[5-7]，可在－40～180 ℃下長期使用，但耐熱溫域不如VMQ寬，而強度較高，在常溫下的強度是VMQ的2～3倍。此外，AEM的門尼粘度較高，適合擠出、注膠和壓延等多種成型工藝，且耐油性能和耐其他溶劑性能也較VMQ好。

可見，VMQ和AEM存在一定的性能互補，通過兩者并用可獲得耐熱性能、耐低溫性能和耐油性能較好的并用膠，且并用膠更易擠出成型和提高生產效率，這類并用膠具有廣闊的市場前景[8-15]。

本工作研究VMQ/AEM并用膠性能及應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

氣相法VMQ，牌號RBB-2003-70，美國道康寧公司產品；AEM，牌號VMX5020，生膠含量為55%，美國杜邦公司產品；炭黑N770、防老劑4010NA（牌號SPAM 4ADA）、內脫模劑SPAM f/g、過氧化物DCP（牌號Dicup 40C）和助交聯劑TAIC-70，市售品。

1.2 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份Tab.1 Test formulas phr

1.3 主要設備和儀器

XK-260型開煉機，廣東利拿實業有限公司產品；2 L小型密煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品；XL-QD型平板硫化機，青島環球機械股份有限公司產品；GT-M2000-A型橡膠硫化儀和TCS-2000型電子拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；HAT307P-Ⅱ型熱空氣老化箱，重慶哈丁科技有限公司產品；T-70/1000型脈沖試驗機，德國GLFS公司產品。

1.4 試樣制備

將AEM在開煉機上進行充分塑煉，軟化后將其和VMQ投入密煉機中，依次加入防老劑、內脫模劑和補強劑，充分混勻后制得一段混煉膠，然后將一段混煉膠在開煉機上加入過氧化物硫化劑，充分混勻后即得終煉膠。

終煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為170℃×10 min。

1.5 性能測試

門尼粘度按照ISO 289-1：2015進行測試；邵爾A型硬度按照ISO 7619-1：2010進行測試；拉伸強度和拉斷伸長率按照ISO 37：2015進行測試；撕裂強度（褲形試樣）按照ISO 34-1：2015方法A進行測試；壓縮永久變形按照ISO 815-1：2014（B型試樣）進行測試；耐熱空氣老化性能按照ISO 188：2011進行測試；耐油性能按照ISO 1817：2015進行測試；脆性溫度按照ISO 812：2017（B型試樣）進行測試；抗裂紋擴展（De Mattia）性能按照ISO 132：2017進行測試。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度

門尼粘度可以反映橡膠相對分子質量大小及分布寬窄。相對分子質量越大及分布越寬的橡膠膠料的門尼粘度越大，反之越小。

VMQ/AEM并用膠的門尼粘度如圖1所示。

從圖1可見：VMQ膠料的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]僅為26；隨著AEM用量的增大，VMQ/AEM并用膠的門尼粘度增大；AEM膠料的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為58。一般適合擠出的膠料的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為35～75，膠料的門尼粘度太高，擠出壓力大且容易焦燒；膠料的門尼粘度太低，擠出半成品的挺性差，壁厚不均勻。由此可得，VMQ用量超過30份后，VMQ/AEM并用膠的擠出工藝性能較好。

2.2 硫化特性

VMQ/AEM并用膠的硫化曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，各VMQ/AEM并用比的并用膠的硫化曲線變化趨勢相近，說明VMQ與AEM可以達到共硫化。由于不同配方并用膠的流動性和硬度存在差異，導致FL和Fmax不同，AEM膠料的FL和Fmax比VMQ膠料大，說明VMQ膠料的硫化速度大于AEM膠料。

2.3 物理性能

VMQ/AEM并用膠的物理性能如表2所示。

從表2可以看出，隨著AEM用量的增大，VMQ/AEM并用膠的拉伸強度和撕裂強度增大，壓縮永久變形變化不大，說明VMQ與AEM并用可以提高VMQ抵抗外力破壞的能力。在175 ℃熱空氣老化下，VMQ膠料的各項性能隨著老化時間的延長（168～1 008 h）變化不大，而AEM膠料的各項性能呈下降趨勢，但性能變化率仍保持在50%以內。在200 ℃熱空氣老化下，VMQ膠料的拉伸強度隨著老化時間的延長（72～336 h）降幅較大，而AEM膠料的拉伸強度和拉斷伸長率降幅均較大，變化率已超過50%。在熱空氣老化過程中VMQ膠料的硬度變化呈增大趨勢，而AEM膠料的硬度變化呈減小趨勢。VMQ與AEM并用后，并用膠可以兼得兩者的優點，使硬度變化保持在較小范圍內，保證了并用膠的柔軟性。在耐油性能方面，AEM膠料的耐油性能比VMQ膠料好，標準油浸泡后并用膠的體積變化率相差不大。在耐低溫性能方面，VMQ膠料和AEM膠料均有較低的脆性溫度，并用膠的脆性溫度也較低。在裂紋擴展方面，VMQ膠料自身較柔順，拉伸強度和撕裂強度較低，即抵抗外界破壞的能力較低，抗裂紋擴展性能遠差于AEM膠料，通過兩者的并用可以有效提高VMQ的抗裂紋擴展性能，延長VMQ的使用壽命。

2.4 與氟橡膠（FKM）膠料的粘合強度

各汽車廠對汽車進氣系統流體管路中膠管膠層的粘合性能要求不一，絕大部分要求膠管膠層的粘合強度為1.2～3.0 N·mm-1，甚至部分汽車廠對膠管膠層老化后的粘合強度也有一定要求。

熱空氣老化前后VMQ/AEM并用膠與FKM膠料的粘合強度如圖3所示（FKM膠料配方為：FKM 100，炭黑N990 20，氧化錳-150 6，過氧化物DCP 4，助交聯劑TAIC-70 3；試樣硫化條件為：180 ℃×15 min）。

從圖3可以看出：熱空氣老化前VMQ膠料與FKM膠料的粘合強度較大，AEM膠料與FKM膠料的粘合強度較小，但均在3.0 N·mm-1以上；隨著AEM用量的增大，VMQ/AEM并用膠與FKM膠料的粘合強度呈減小趨勢。熱空氣老化后VMQ膠料與FKM膠料的粘合強度急劇減小至0.5 N·mm-1以下，而AEM膠料與FKM膠料的粘合強度雖有減小，但仍保持在2.5 N·mm-1以上；隨著AEM用量的增大，VMQ/AEM并用膠與FKM膠料的粘合強度呈增大趨勢。由此可見，VMQ與AEM并用可以提高熱空氣老化后VMQ膠料與FKM膠料的粘合強度。

2.5 在汽車進氣系統中的應用

汽車進氣系統流體管路布局如圖4所示。

由圖4可見，在汽車進氣系統流體管路中，溫度較高的區域主要有中冷進氣管（A-B段）、中冷出氣管（C-D段）、高壓EGR管（E-F段）、曲軸箱通風管（J-K段）和渦輪增壓進氣管（G-K段）。

在上述管路中，當工作溫度在165 ℃以下時，可以采用AEM膠管；在極寒的條件下可以采用VMQ/AEM并用膠管；當工作溫度在200 ℃以下時，可以采用VMQ膠管或VMQ/AEM并用膠管；當工作溫度在200 ℃以上時，需要采用VMQ膠管。

綜上所述，VMQ/AEM并用不僅擴寬了AEM的工作溫度范圍，還延長了VMQ的使用壽命，改善了VMQ的擠出成型工藝性能。

3 結論

（1）VMQ與AEM可以實現共硫化，并用膠的門尼粘度適中，擠出工藝性能良好。

（2）VMQ與AEM并用后，并用膠的力學性能、耐高低溫性能、抗裂紋擴展性能以及熱空氣老化后與FKM膠料的粘合性能較好，使用壽命較長，工作溫度范圍較寬。

（3）VMQ/AEM并用膠作為新材料可以應用于汽車進氣系統流體管路。