三元乙丙橡胶/氯化丁基橡胶并用胶体系性能的研究

2018-02-15江羿锋

西部皮革 2018年5期

江羿锋

将具有不同特性的橡胶进行共混，相互取长补短以获得具有较高性能的并用胶是进行橡胶研究的重要手段。三元乙丙橡胶（EPDM）具有较好的耐候性和弹性，但在热老化后会逐渐变硬而失去弹性，而氯化丁基橡胶（CIIR）不仅具有较好的耐候性，而且还有优良的气密性能，最关键的是CIIR在热老化后会因逐渐变软而失去弹性。另外两种橡胶的具有相似的结构和溶解度，因此比较容易解决在相容性和共硫化性方面的问题。所以研究EPDM/CIIR并用胶具有重要的现实意义，现将研究情况介绍如下。

1　EP DM/C II R并用胶中各组分的影响

由于EPDM与CIIR具有相似的结构和溶解度，因此采用任何并用比例都可以实现较好的共混效果。但是两者在分子主链的饱和度和分子极性方面仍有差异，当CIIR所占配比较大时并用胶的抗焦烧性能下降，试验证明CIIR在共混体系中的配比不得超过50。

在体系中加入促进剂二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）1.5、二硫化二苯并噻唑（MBTS）1.5后，得出了以下结论：在CIIR配比从0增加至50的过程中，焦烧时间呈减少趋势，正硫化时间呈增加趋势，扭矩稍有增加，因此硫化性能获得提升；在力学性能方面，邵尔A型硬度下降了6%，拉伸强度下降了9%，拉断伸长率则下降了14%，压缩永久变形稍有减少；在耐热空气老化方面，经过175℃*70h的热空气老化试验后，并用胶的邵尔A型硬度从+5提高到+9，拉伸强度变化率从-11%下降到-50%，拉断伸长率变化率则基本维持在-60%左右。

对硫化体系中硫黄的用量进行调整时，我们发现随在硫黄用量逐渐增加的过程中，并用胶的焦烧时间和正硫化时间都有所延长，拉伸强度在用量达到1.25时达到峰值18.0，但随后降低，拉断伸长率大幅降低，硬度和高温压缩永久变形则变化不大。当硫黄用量为0.75时并用胶的综合性能较好。

在对TMTD、MBTS用量进行调整时发现它对并用胶的性能影响不大，只是当它们的用量各为1.5时，并用胶的高温压缩永久形变最小，综合性能较好。

2　酚醛树脂与过氧化物硫化体系

考虑到EPDM/CIIR并用胶的主要性能缺陷在与耐热老化性不足，因此我们试验了以酚醛树脂（PF）作为硫化剂加入到体系中，以期改善，采取的对照样本是EPDM/CIIR配比为70/30的并用胶。试验结果如下：当PF加入量为8～10的时候，焦烧时间大大缩短，正硫化时间进一步延长，加入量继续提高到12时，焦烧时间恢复到对照样本的水平，但在整个试验中，体系的扭矩反倒有些降低；在力学性能方面表现却很差，除了邵尔A型硬度提高了15%，压缩永久变形稍有提高以外，拉断伸长率降低了67%，拉伸强度则降低了80%；以此为代价换取的是出色的耐热老化性能，经过相同的热空气老化试验后，体系的邵尔A型硬度变化量降低到了+3至+5的水平，拉伸强度变化率最大达到了+3%，拉断伸长率变化率甚至可以实现-1%。

另一方面，我们对EPDM/CIIR配比为70/30的并用胶还进行了过氧化物硫化体系以及在添加硫黄条件下的硫化体系的并用胶性能试验，试验结果如下：单独采用过氧化物为硫化剂时并用胶的高温压缩永久变形较小，仅为38%，相较于之前所做试验的各个体系降低了约50%，在拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率方面的表现也很不错，仅次于PF硫化体系；而在加入助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）和硫黄后，并用胶的力学性能稍有增强，但在耐热老化性能方面损失较多，因此综合来看，单独采用过氧化物为硫化剂能实现较好的性能。

3　EP DM与C II R的交替层状结构

前文所提的共混改性都是以提高耐老化性能和力学性能为目的的，然而在进行共混之后材料的阻尼性能却被削弱了，因此如果需要材料体现出较强的阻尼性能，那么就应当对两种橡胶进行多层共挤操作，以制成具有交替层状结构的EPDM/CIIR复合材料。

以16层的EPDM/CIIR复合材料为例，在SEM扫描下，复合材料呈现出两相层状结构的微观形貌，由于两种橡胶的相容性相似，因此相界面比较模糊。通过多层共挤方法得到的复合材料具有较高的有效阻尼范围和损耗因子，当复合材料的层数增多时两者也随其进一步增加，试验证明当层数达到64层时，这两项指标均超过相同条件下的CIIR，所以复合材料的阻尼性能并不是这两种橡胶的简单相加，而是两者之间产生了一定的协同作用，并随着层数和相畴数的增加愈发明显，阻尼性能也随之提升。