天然胶并用对三元乙丙橡胶耐疲劳性能影响的研究*

2020-06-22李琳娜于芳蕾

合成材料老化与应用 2020年3期

关键词：抗疲劳机械性能胶料

高茜，李琳娜，于芳蕾

（咸阳职业技术学院医药化工学院，陕西咸阳 712000）

三元乙丙橡胶具有主链饱和度高、耐候性强、耐屈挠性能优异等优点[1]，因此被广泛应用于动态领域中，但因其强度、耐疲劳性和回弹性不如天然橡胶[2]，从而限制了其在汽车减震系统、排气管架和悬挂衬套等领域的应用。

将天然橡胶均匀分散在三元乙丙橡胶体系中，能够有效降低三元乙丙橡胶材料外界冲击载荷，延长三元乙丙橡胶材料的耐疲劳使用寿命[1]。

为提高三元乙丙橡胶的耐疲劳性能，同时具备较好的力学性能和较低的压缩永久变形，本文主要从天然胶并用量、防老剂种类及硅铝氧烷用量对三元乙丙橡胶耐疲劳性能的影响进行了研究。

1 实验部分

1.1 主要原材料

三元乙丙橡胶、天然胶乳、纳米氧化锌、硬脂酸、炭黑、防老剂、增塑剂、工艺助剂等，均为橡胶工业市售品。

1.2 主要仪器与设备

开炼机（XK-160A），上海橡胶机械厂；密炼机（XN-160），大连橡胶机械厂；平板硫化机（QLB-D），江苏海门县轻工机械厂；老化箱（401A），上海实验仪器总厂；电子拉力机（PT-1176P），台湾宝大国际仪器有限公司；硫化仪（MDR-2000E），无锡蠡园电子化工设备厂；门尼粘度仪（UM-2050），台湾优肯；真空干燥箱（DZ-1A），天津市泰斯特仪器有限公司；恒温加热磁力搅拌器（DF-101S），巩义市予华仪器有限公司。

1.3 混炼工艺

采用两段混炼工艺混炼，一段混炼在1.5L小型密炼机中进行，加入生胶、炭黑、防老剂和工艺助剂，密炼温度控制在140℃±5℃，有效密炼时间控制在6min～8min。

二段混炼在开炼机上进行，加入一段混炼胶、硫化剂、促进剂，左右各开¾刀3次，打三角包4次，在1mm辊距薄通3次，在2.5mm辊距排气，下片。

胶料停放12h后，试样在平板硫化机上进行硫化，条件为：170℃×20min。

2 结果与讨论

2.1 天然胶并用量对三元乙丙橡胶性能的影响

天然胶不同用量对三元乙丙橡胶物理性能、热空气老化性能和抗疲劳性能的影响见表1。

表1 天然胶并用量对三元乙丙橡胶性能的影响Table 1 Effect of NR dosage on the properties of EPDM

由表1可以看出，天然橡胶的并入有效提高了三元乙丙橡胶的扯断伸长率和拉伸强度。随着天然橡胶用量的增加，三元乙丙橡胶的撕裂强度先升高再降低，热空气老化性能明显下降，压缩永久变形大幅增大。在保证三元乙丙橡胶具备良好物理机械性能和耐热性能的前提下，选择5份天然橡胶并入，能够提高三元乙丙橡的耐疲劳性能。

2.2 防老剂对三元乙丙橡胶性能的影响

橡胶材料长时间在大气中氧、臭氧及光等因素作用下，会出现发粘、硬化、龟裂等现象[3]。在三元乙丙橡胶制备中加入防老剂可以提高材料的抗老化性能。防老剂RD、防老剂MB及防老剂4010对三元乙丙橡胶性能的影响见表2。

表2 防老剂对三元乙丙橡胶性能的影响Table 2 Effect of antiager on the properties of EPDM

从表2可以看出，与加入防老剂MB及防老剂4010的三元乙丙橡胶材料性能相比较，在配方中加入防老剂RD制备的三元乙丙橡胶具备较好的物理机械性能、耐热空气老化性能和最低的压缩永久变形，同时胶料的伸张疲劳系数最大，提高了三元乙丙橡胶的耐疲劳性能。因此，选择防老剂RD作为三元乙丙橡胶材料适合的防老剂。

2.3 硅铝氧烷对三元乙丙橡胶性能的影响

随着橡胶助剂用量的增加，三元乙丙橡胶的拉伸强度及抗疲劳性能随之下降。研究发现，硅铝氧烷的加入能够有效提高橡胶材料的抗疲劳性能[4]。硅铝氧烷的用量对三元乙丙橡胶抗疲劳性能的影响见表3。

表3 硅铝氧烷对三元乙丙橡胶性能的影响Table 3 Effect of alumina-siloxane on the properties of EPDM

由表3可以看出，硅铝氧烷的加入能够增加三元乙丙橡胶的疲劳寿命。随着硅铝氧烷用量的增加，三元乙丙橡胶的伸张疲劳系数随之增加，硬度和扯断伸长率先升高再降低。研究表明，三元乙丙橡胶在进行疲劳试验过程中，胶料内部含硫交联键发生热分解，生成大分子游离基，促使分子链发生氧化[5]，胶料的拉伸强度随之下降。分析原因认为，硅铝氧烷的加入，能够与大分子游离基相结合，产生新的交联键，从而有效抑制了胶料裂纹的扩展，能够增强三元乙丙橡胶的抗疲劳性能。结果表明，在保证三元乙丙橡胶具备良好物理机械性能和耐热性能的前提下，提高三元乙丙橡的耐疲劳性能，选择4份硅铝氧烷作为合适的用量。