三元乙丙止水带胶料关于压缩变形性能的研究

2018-06-07尹婷

橡塑技术与装备 2018年11期

尹婷

(衡橡科技股份有限公司，河北衡水 053000)

橡胶止水带是利用橡胶具有高弹性和压缩变形性的特性，在各种载荷下产生弹性变形，从而起到有效紧固密封，防止建筑结构的渗水、漏水及减震缓冲作用。三元乙丙橡胶制作的止水带具有耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸气、耐腐蚀、电绝缘等优点，可在120℃下长期使用。因此被广泛应用在建筑、水利、桥梁等工程中。

近几年，生产企业模压生产的止水带压缩永久变形合格率较高，但是采用高生产效率的挤出微波生产时，该项技术指标波动大，如何控制产品质量成为了该产品的一个发展瓶颈。为了解决这个现状，本文从生产配方角度控制产品质量，主要从三元乙丙橡胶的牌号、补强剂、硫化剂、促进剂等方面做了对比试验，优选最佳配方。

1 试验

1.1 主要原材料

三元乙丙胶：S600WF,韩国SK，4045,吉林石化；炭黑：金能科技股份有限公司/龙星化工股份有限公司；硬脂酸、氧化锌、防老剂、过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂、增塑剂均为市售工业级产品。

1.2 仪器及设备

XK-160型开放式炼胶机，青岛业飞机械有限公司；平板硫化机，江都市精辉试验机械厂；微机控制电子万能试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司；401A型热老化试验箱，南通中良实验仪器有限公司。

1.3 性能测试

所有性能均符合GB 18173.2，《高分子防水材料》第2部分止水带中B、S指标。见表1。

硬度测试按GB/T 531.1标准执行；拉伸强度、扯断伸长率测试按GB/T 528标准执行；撕裂强度测试按GB/T 529标准执行；压缩永久变形测试按GB/T 7759.1标准执行；脆性温度测试按GB/T 1689标准执行；热空气老化测试按GB/T 3512标准执行；耐臭氧老化测试按GB/T 7762标准执行。

1.4 试样制备

按照配方轧制母炼胶，混炼均匀后薄通打三角包4次并下片，室温下停放24 h后，在平板硫化机上硫化，硫化条件为163℃×10 min。

2 材料的选择

2.1 三元乙丙牌号的选择

不同牌号的三元乙丙橡胶随着乙烯含量的增大，三元乙丙硫化胶高温压缩永久变形变化不大，但低温压缩永久变形明显增大[1]，这是因为高乙烯含量降低了胶料的回弹性，增加了胶料的结晶性，结果压缩永久变形增大，因此乙烯含量不宜过高（大约在50%～60%）[2]。另外要想使胶料具有较低的压缩永久变形，要尽量避免使用高结晶度的的EPDM橡胶[3]。

表1 止水带物理性能

故选择如下厂家生产的不同牌号三元乙丙橡胶组合后乙烯含量在50%～60%左右的胶料做对比试验，牌号见表2。

2.2 补强填充剂的选择

填充剂对压缩永久变形的影响一般规律为：炭黑＜非炭黑，低结构＜高结构，大粒子＜小粒子[4]。故选用低结构炭黑作为补强填充剂。又有使用中补强或低补强性炭黑，如快压出炭黑、半补强炭黑、中粒子炭黑，用量不宜过高，可提高三元乙丙橡胶回弹性，并降低胶料压缩永久变形[2]；另由于快压出炉黑等快挤出炭黑适用于挤出胶料[5]。故这里选用快压出炉黑作为主要补强填充剂，另选对半补强炉黑、中粒子裂解法炭黑进行对比，见表3。

表2 三元乙丙胶料牌号对比

表3 不同炭黑牌号的对比

由表3可以看出，选用快压出炭黑+中粒子裂解法炭黑的3#配方比快压出炭黑+半补强炭黑的4#配方，虽然高温压缩变形值几乎没有变化，但是常温压缩变形高了12.14%，说明半补强炭黑比中粒子裂解法炭黑可以更有效提高胶料的回弹性，降低胶料的压缩变形值。故选用快压出炭黑+半补强炭黑并用作为此次试验的补强填充剂。

2.3 硫化剂的选择

众所周知，过氧化物硫化体系的三元乙丙硫化胶料具有稳定的C-C交联键，键能高，热、化学稳定性高，具有优异的抗热氧老化性能，高温下硫化速度快，且无硫化返原现象，硫化胶压缩永久变形低，大多数过氧化物不易喷霜，且胶料储存时无焦烧危险。

而过氧化二异丙苯（DCP），价格便宜，具有中等硫化速度，较高的交联效率和良好的焦烧安全性。故选用过氧化二异丙苯（DCP）进行硫化。

2.4 硫化促进剂的选择

为了提高硫化速率、改善胶料物理机械性能，使胶料的压缩永久变形进一步减小，选出更优的配方，需要选用合理的交联助剂，进一步提高交联密度，重点对硫化促进剂进行了选择并试验。促进剂选用耐热性能好、生热低、抗硫化返原并能改善胶料低压缩永久变形的HAV-2，三烯丙基异三聚氰酸酯TAIC，以及新型促进剂EG-20，并加入少量的硫磺或硫磺给予体。

2.5 软化剂的选择

在低压缩永久变形胶料中，软化剂的用量应尽可能少，以高沸点、低挥发性石蜡油为主，因为环烷油类软化剂会影响过氧化物的硫化，降低了交联网络的交联密度，使胶料的压缩永久变形增大[2]。故这里选用石蜡油作为软化剂。

3 配方的设计

橡胶配方设计方法分为两种，一是单因素变量设计，即在研究某一单一试验因子，如促进剂、炭黑、防老剂或某一新型原材料，在某一变量区间内，确定哪一个值的性能最优。这样的设计方法主要包括：黄金分割法（0.618法）、平分法（对分法）、分数法、分批试验法、抛物线法、爬山法。二是多因素变量设计，主要有：坐标轮换法、平行线法、矩形法、多角形试验设计法、三角形对影法、列线图法、等高线图形法、拉丁试验设计法、正交试验设计法和中心复合试验设计法等。

在大多数橡胶配方研究中，需要同时考虑两个或两个以上的变量因子对橡胶性能的影响规律，这无疑使得研究问题变得更复杂，试验次数也将增多，用单因素变量设计试验次数多，已不能满足需要。这里采用正交试验设计对配方的三元乙丙胶料含量、补强填充剂含量及硫化体系进行优化。该方法对实验方案进行最优设计，以降低实验误差，减少实验工作量，对结果进行科学分析，以选出理想配方。

因子水平表见4。