EPDM复合硫化体系的研究

EPDM复合硫化体系的研究

三元乙丙橡胶(简称EPDM)是以乙烯、丙烯为主要单体，并用少量的非共轭二烯烃聚合而成的一种合成橡胶。EPDM具有优异的耐老化性能、耐热性和耐臭氧性能及电绝缘性刚，广泛用于机动车辆软管、制动系统等产品中。随着汽车行业快速发展，对EPDM材料的性能提出了更高要求，除了具有良好的物理机械性能和老化性能外，部分产品还要求具有良好的耐油性能。本工作主要通过研究复合硫

化体系来提高EPDM的这些性能。

1 实验部分

1.1 主要原材料

EPDM，牌号V9500，美国Exxon mobile化学公司；炭黑FEF550，中橡集团炭黑工业研究设计院；炭黑SRF754，辽宁通化炭黑厂；其他原材料均为橡胶工

业常用工业品。

1.2 主要设备与仪器

XK-160A型开炼机，上海橡胶机械厂；QLB-D型平板硫化机，江苏海门县轻工机械厂；401A型老化箱，上海实验仪器总厂；XLL一2500N拉力机，上海化工机械四厂；MDR-2000E型硫化仪，无锡蠡园电子化工设备厂。

1.3 基本配方

EPDM100，氧化锌5，硬脂酸1，炭黑90，软化剂20；硫黄体系：促进剂M+TT 2.0，硫黄1.5；半有效体系：促进剂M+TT+CZ 3.5，硫黄1.0；过氧化物体系：

DCP 5。0；复合体系：DCP3.0，促进剂S+M+BZ+TRA 2.0。

1.4 试样制备

生胶薄通→生胶包辊→加ZnO、硬脂酸等配合剂→加炭黑及油→加硫化剂→薄通→下片、冷却(混炼温度60℃左右)。

1.5 性能测试

拉伸性能按GB/T528-1998测试；硬度按GB/T531-1999测试；热空气老化按GB/T3512-2001测定；压缩永久变形按GB/T7759-1996测定；耐介质试验按

GB/T1690-1992测定。

2 结果与讨论

2.1 硫化体系类型的影响

对比硫黄硫化、半有效硫化、过氧化物硫化、复合硫化体系对胶料的性能影

响，结果如表1所示。

效体系；(3)复合体系；(4)过氧化物体系。

从表1还可以看出，硫黄硫化可获得较大的伸长率和较高的撕裂强度；半有效体系硫化胶的物理性能较好，但压缩永久变形和耐3#油体积变化较大；过氧化物硫化可获得很好的耐热性和压缩永久变形，但其伸长率较小；相比之下，复合硫化体系的胶料综合物理性能较好，其原因可能是，采用复合硫化体系的胶料中不仅有碳-碳交联键，还存在硫键，在受到拉伸时，键能较大的碳-碳交联键首先承受应力，并在低伸长状态下断裂，此时由于硫键的应力疏导和互换重排特性，使应力均匀分散，从而维持胶料高伸长状态，胶料具有良好的拉伸性能。在高温下，由于硫黄体系中交联键绝大部分为多硫键(S-S键、C-Sn-C键)，这些键键能较低，容易断裂，故耐热性差。复合体系中存在的C-C键能比C-S和S-S的键能高，所以耐热性好，由此可见，复合体系是EPDM的最佳选择。

2.2 配合剂用量的优化试验

为确定复合硫化体系中各配合剂的最佳用量，采用L9(34)正交试验法，以考察S和促进剂(M，B2，TRA)的用量对胶料性能的影响。试验因子、水平及正交试

验情况见表3-5。

在EPDM胶料中，硬度和拉伸强度基本稳定，所以主要考虑拉断伸长率、压缩永久变形和3#油体积变化，对这三者进行了直观分析。从表4和表5可以看出，

各因子对胶料性能影响的大小顺序为：

(1)拉断伸率：C>B>A>D

(2)压缩永久变形：D>B>A>C

(3)3#油体积变化：B>A>C>D

(4)拉断伸长率变化：A>D>C>B

还可以看出：TRA用量增加，耐介质性能变好；M用量增加，拉断伸长率好；BZ用量增加，压缩永久变形好。综合各项性能，确定A1B1C2D3为最佳水平组合，即S，TRA，M，B2用量分别为0.1，0.3，0.8和1.1。

当促进剂S+M+BZ+TRA为2.3份时，DCP用量对EPDM硫化胶料的性能影响如

图1和图2(略)所示。

从图1和图2可以看出，随着DCP用量的增加，试样的拉断强度先增大后减小，在DCP为4份时达到最大值(14.6MPa)，试样的拉断伸长率、压缩永久变形则逐渐减小，耐油性能越来越好。值得注意的是；DCP用量从2.0份逐步增加到5.0份的过程中，拉断伸长率变化比较大。综合考虑各项性能，确定DCP用量为

4.0份。

(1)硫黄硫化体系的硫化速度最快，过氧化物体系的硫化速度最慢，半有效

硫化体系有最长的焦烧时间，复合体系有适中的焦烧时间和硫化速度。

(2)EPDM胶料中，硫黄硫化体系拉断伸长率和撕裂强度较好，但压缩永久变形大；过氧化物体系中压缩永久变形和耐3#标准油性能好，但伸长率较小；采用复合体系的胶料可获得良好的综合性能。

(3)复合硫化体系的最佳配比为DCP 4.0；S0.1；TRA 0.3；M 0.8；BZ 1.1。