乙丙橡胶生胶物理机械性能研究

2015-06-11王积悦于潋曼杜学松王万龄

弹性体 2015年1期

王积悦，赵晶，于潋曼，杜学松，王万龄

(1.中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林 132021；2.中国石油吉林石化公司物资采购公司，吉林吉林 132022；3.中国石油吉林石化公司碳纤维厂，吉林吉林 132021)

乙丙橡胶(EPDM)具有优异的耐老化性、耐臭氧性、耐高低温等性能，广泛应用于各种橡胶制品领域。目前EPDM已经成为20世纪80年代以来合成橡胶发展最快的胶种，其用途和用量还在不断扩大，因此已经有越来越多的科研机构将其归类为通用橡胶品种。以德国朗盛、日本三井、美国埃克森等公司为代表的各大公司不断加大市场开发力度，新装置、新工艺、新牌号层出不穷。出现了高乙烯含量、超高门尼粘度、双峰结构、长链支化、超低粘度、高不饱和度、充油EPDM、充炭黑EPDM、液体EPDM、四元EPDM等诸多新型品种，广泛应用在汽车部件、防水卷材、电线电缆、耐热胶管胶带、汽车密封件、润滑油添加剂以及聚烯烃改性等方面[1-2]。

EPDM在不同领域的配方研制及制品生产，目前已经有大量论文及专利面世，但对EPDM生胶的物理机械性能研究却一直少有涉及。EPDM的性能指标包括乙烯含量、门尼粘度、亚乙基降冰片烯(ENB)含量、充油份数、相对分子质量分布等。不同牌号生胶以上指标相差较大，一般认为，EPDM的门尼粘度是影响加工性能的主要因素；EPDM生胶在不添加补强剂的情况下物性较低，但具体实验数据并没有任何报道。本工作研究了不同牌号EPDM的开炼机包辊性能，塑炼时间对门尼粘度的影响，以及EPDM生胶的物理机械性能。

1 实验部分

1.1 原料

EPDM：J-5105，中国石油吉林石化公司研究院200 t/a中试装置产品；EPDM：J-3080、4045，中国石油吉林石化公司有机合成厂产品；炭黑N330：卡博特公司产品；石蜡油：牌号2280，美国太阳石油公司产品；促进剂M、促进剂TMTD：濮阳蔚林化工股份有限公司产品；其它为市售橡胶助剂。各牌号EPDM主要技术指标如表1所示。

表1 各牌号EPDM主要性能指标

1.2 设备仪器

XSS-300转矩流变仪：上海科创橡塑机械设备有限公司产品；6寸开炼机：ZG-160，东莞正工机械有限公司产品；拉力机：AI-7000S，台湾高铁检测仪器有限公司产品；平板硫化机：XLB-400×400，青岛锦九州机械有限公司产品。

1.3 试样制备

密炼通过XSS-300转矩流变仪完成，转速80 r/min，混炼胶在130 ℃出胶；密炼胶冷却降温后，在开炼机上加入硫化体系，三包六卷后下片停放。平板硫化条件为160 ℃×20 min。

1.4 性能测试

生胶门尼粘度按GB/T 1232.1—2000进行测定；硬度按GB/T 531—2008进行测试；物理机械性能按GB/T 528—2009进行测试。

2 结果与讨论

2.1 开炼机包辊性能

采用6寸开炼机，在较薄辊距下，分别加入吉林石化公司生产的EPDM4045、J-3080、J-5105，考察其开炼机下的包辊性能。

图1 4045优异的开炼机包辊性能

图2 J-5105良好的开炼机包辊性能

J-3080乙烯含量高，相对分子质量分布窄，生胶开炼加工性能差，在提高辊温至50 ℃后，在小辊距下反复薄通仍无法包辊，如图3(a)所示，当放宽辊距后有出现很明显的缺胶现象，如图3(b)所示。

(a) 在小辊距下反复薄通仍较难包辊

(b) 在放宽辊距后有缺胶现象图3 J-3080的开炼机包辊性能

2.2 开炼机塑炼时间对门尼粘度的影响

一般认为，EPDM的塑炼效果较差，不像天然橡胶和丁苯橡胶那么容易塑炼。门尼粘度高的EPDM塑炼时，由于分子链断裂，门尼粘度有所下降。低门尼粘度的EPDM，只是在塑炼初期门尼粘度稍有下降。因此EPDM不像天然橡胶那样需要专门进行塑炼，只是在混炼前先将EPDM在低温下薄通即可[3]。

由于高乙烯含量J-3080的生胶开炼机包辊性能差，所以采用4045、J-5105进行实验，考察不同塑炼时间下，生胶门尼粘度的变化。辊温稳定在45 ℃，塑炼期间每分钟各进行1次左右3/4割刀。塑炼时间分别为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，测试其门尼粘度变化情况，结果如图4和图5所示。

从图4和图5可以看出，高门尼粘度的J-5105在开炼机塑炼开始的5 min内，门尼粘度略有下降，然后稳定在50左右；随着时间增加，即使长达25 min塑炼，门尼粘度亦没有任何变化。而低门尼牌号4045，塑炼时间对其门尼粘度则没有任何影响。

塑炼时间/min图4 J-5105开炼机塑炼时间对门尼粘度的影响

塑炼时间/min图5 4045开炼机塑炼时间对门尼粘度的影响

2.3 密炼机塑炼对J-3080门尼粘度的影响

由于高乙烯含量J-3080在开炼机上无法顺利完成包辊，故采用XSS-300转矩流变仪，在常温下对其进行5 min、10 min、15 min、20 min、25 min密炼，测试其门尼粘度变化值。

实验表明，短时间的密炼机塑炼，对高硬度的J-3080起到了非常好的破碎效果。原坚硬的三角楔形胶块经30 s密炼机塑炼后，迅速粉碎成颗粒状，如图6(a)所示；5 min后开始呈现粉末状态，如图6(b)所示，随时间增加粉末粒径逐渐变细，但门尼粘度经测试没有明显变化，如图7所示。

(a) 30 s后(颗粒状)

(b) 5 min后(粉末状)图6 J-3080密炼机塑炼效果

密炼时间/min图7 J-3080密炼时间对门尼粘度的影响

尽管30～60 s的塑炼对J-3080生胶门尼粘度并无明显影响，但起到了非常充分的破碎作用，能为后炼加工中的炭黑及软化剂掺混打下良好基础。尤其冬季温度较低，高乙烯含量的J-3080牌号会有部分结晶现象，此时加工前进行暖胶并在密炼投料前给予一定时间的塑炼，能有效促进炭黑吃粉及助剂的分散。

2.4 生胶物理机械性能

一般认为，EPDM属非结晶橡胶，如同丁苯橡胶一样，如不加补强填充剂，则硫化胶的拉伸强度很低，约6～8 MPa。因此，一般情况下只有加补强填充剂才有使用价值。为测试EPDM生胶的物理机械强度，将4045、J-5105在开炼机下包辊，采用基础配方中的硫化体系，但不添加补强剂及软化剂，测试其物理机械性能。配方及测试的物理机械性能见表2和表3。