虎伟伟

(陕西耐特橡胶实业有限公司，陕西 宝鸡 721100)

众所周知，三元乙丙橡胶（EPDM）聚合物主链是完全饱和的，使得具有优异的耐热老化性能、耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性及电绝缘性能，应用非常广泛，主要应用于汽车部件中的胶管、密封条等产品中[1～2]。EPDM橡胶可以采用普通硫磺硫化体系、硫磺给予体硫化体系、过氧化物硫化体系、反应性树脂硫化体系等进行硫化[3～5]。不同的硫化体系直接影响着胶料的硫化特性和硫化胶的物理机械性能以及耐热老化性能。实验证明，采用硫磺硫化体系的EPDM硫化胶综合力学性能好，耐热氧老化及耐压缩永久变形性较差，采用过氧化物硫化体系的EPDM硫化胶具有较好的耐热氧老化和耐压缩永久变形性，抗撕裂性及其它性能均较差。

所以本文对比硫磺硫化体系、过氧化物硫化体系、复合硫化体系对EPDM橡胶软管胶料性能的影响，并采用BIPB/S/DTDM/CZ复合硫化体系通过正交试验法研究了EPDM橡胶软管胶料焦烧时间T10、拉伸强度、扯断伸长率、压缩永久变形性能，优化了该硫化体系的配比，得到了性能优良的橡胶软管胶料。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM，牌号5890F，韩国SK产品，炭黑，上海卡博特炭黑化工有限公司产品，改性煅烧陶土，浙江同富纳米材料有限公司产品，BIPB（无味DCP），湖南以翔化工有限公司，防老剂，纳米碳酸钙、石蜡油、硫磺、促进剂DTDM、促进剂CZ等均为市售品。

1.2 主要设备及仪器

密炼机XSM-2，上海科创橡塑机械设备有限公司，开炼机XK-160，青岛鑫城一鸣橡胶机械有限公司，100 t电热平板硫化机，深圳市新劲力机械有限公司，橡胶无转子硫化仪，万能材料拉力试验机，测厚仪，邵氏硬度计，橡胶老化试验机，均为台湾松恕检测仪器有限公司，压缩永久变形装置，扬州市江都凯德试验机械有限公司。

1.3 试验配方

基本配方（单位：份）：EPDM 100，氧化锌 5 硬脂酸 1.5 防老剂 1.5，纳米碳酸钙 25，石蜡油30，炭黑 50，改性煅烧陶土 20份，硫化体系见表1：

表1 硫化体系

1.4 制备工艺

将EPDM加入密炼机中塑炼3 min，然后加活性剂、防老剂，2 min后加1/2补强填充体系（炭黑、改性煅烧陶土、纳米碳酸钙），3 min再加入剩余的1/2补强填充体系、增塑剂进行混炼，125 ℃排胶。在开炼机上加硫化促进剂，吃粉完后左右割刀3次，打三角包6次，再打大卷5个，最后下片并停放16 h以上。硫化仪测定硫化曲线并制样进行相关测试，硫化胶硫化条件为170 ℃×t90。

1.5 性能试验

混炼胶硫化特性按照GB/T16584—1996测试，测试条件170 ℃×30min，邵尔A型硬度按照GB/T 531.1—2008测试，拉伸性能按照GB/T 528—2009测试，耐热空气老化性能按照GB/T 3512—2014测试，测试条件110 ℃×72 h，压缩永久变形性能GB/T7759.1—2015测试，测试条件110 ℃×24 h。

2 结果与讨论

2.1 不同硫化体系对EPDM橡胶软管胶料性能的影响

表2为硫磺硫化体系、过氧化物硫化体系、复合硫化体系三种不同硫化体系对EPDM橡胶软管胶料的性能。硫磺硫化体系生成的是多硫交联键，而在高温长时间的老化作用下，会产生交联键的断裂，对于压缩永久变形，在交联键断裂后，发生应力松弛，分子链产生位移，断裂后的交联键遇到活性点会生成新的交联键，从而使分子链恢复受阻，造成压缩永久变形增加；过氧化物硫化体系及复合硫化体系生成的主要是C—C交联键，键能高，在受力、受热情况下不易受损，所以在热空气老化及压缩变形后的变化率小。同时从表2可以看出采用复合硫化体系的EPDM橡胶软管胶料焦烧时间T10处于中间位置，说明交联剂对焦烧时间T10有一定的延迟作用，提高了操作安全性，T90硫化时间反映出复合硫化体系对硫化平坦度有一定的影响。拉伸强度硫磺硫化体系最高，复合硫化体系次之，过氧化物硫化体系最低，扯断伸长率复合硫化体系最高，压缩永久变形复合硫化体系最小，热空气老化性能复合硫化体系最优，过氧化物硫化体系次之，硫磺硫化体系第三。综合以上性能来看，EPDM橡胶软管胶料优先选用复合硫化体系。

表2 三种不同硫化体系对EPDM橡胶软管胶料的性能

2.2 正交试验的设计

2.2.1 正交表的特性及选用

进行多因素和多水平试验时，选用正交试验法的好处在于：①均匀分散性，即实验条件均为分散于配合完全水平组合之中，代表性强；②整体可比性，即对于每列因素，在各个水平之和中其他因素各个水平的出现次数都是相同的，最大限度的排除了其他因素的干扰，便于得出合理的结论[6～7]。

2.2.2 实验因子、水平的确定

本文以BIPB，S，DTDM，CZ作为4个因子，每个因素各取3个合适的水平，进行正交试验设计。本实验因子与水平的设计如表3所示。

表3 实验因子与水平

2.2.3 正交实验表和实验数据

由于要考察的因子有4个，其相对应有3个水平，忽略各因子间的相互作用，所得正交表应该是4因子3水平的，相应的正交表头为L9(34)，共进行9次实验，分三批进行测试。L9(34)正交表及其相应的实验数据见表4，实验结果分析见表5至表8。

表4 L9（34）正交实验验表及实验结果

表5 焦烧时间T10实验结果极差分析

表6 拉伸强度实验结果极差分析

表7 扯断伸长率实验结果极差分析

表8 压缩永久变形实验结果极差分析

2.2.4 正交试验结果分析

本文主要研究了EPDM橡胶软管胶料的焦烧时间T10，拉伸强度、扯断伸长率、压缩永久变形4种性能。对以上4种性能可由表5～表8按极差大小排出主次顺序，T10为A>D>C>B，拉伸强度为D>C>A>B，扯断伸长率为D>A>C>B，压缩永久变形为B>A>C>D。

在EPDM橡胶软管胶料正交实验配方设计中，拉伸强度为最重要性能，因素A在拉伸强度中处于第3位，可以选择A2或A3，在焦烧时间T10处于最主要位置，可以选择A1或A2，在扯断伸长率和压缩永久变形均处于第2位，对扯断伸长率来说可以选择A1或A2，对压缩永久变形来说可以选择A2或A3，综上考虑因素A应该选择A2。因素B在焦烧时间T10、拉伸强度、扯断伸长率均处于最次要位置，在压缩永久变形中处于最主要位置，所以选择B3。因素C在拉伸强度处于第2位，可以选择C2或C3，在焦烧时间T10、扯断伸长率、压缩永久变形中均处于第3位，可以选择C2或C3，综上考虑因素C可选择C3。因素D在拉伸强度、扯断伸长率均处于最主要位置，可以选择D2或D3，在焦烧时间T10处于次要位置，可以选择D1或D2，而在压缩永久变形处于最次要位置，综上考虑因素D可选择D2。

综上所述，EPDM橡胶软管胶料复合硫化体系的最佳配比为A2B3C3D2，即基本方中BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量 1.2，CZ用量 0.9。

3 结论

（1）采用BIPB/S/DTDM/CZ复合硫化体系的EPDM橡胶软管胶料性能的综合效果比硫磺硫化体系和过氧化物硫化体系好。

（2）正交实验结果及分析表明，BIPB的用量是影响焦烧时间T10的主要因素，S的用量是影响压缩永久变形的主要因素。

（3）通过正交试验结果及分析，在各因素水平取值范围内，EPDM橡胶软管胶料采用复合硫化体系的最佳配比为BIPB用量 2.5，S用量 0.3，DTDM用量1.2，CZ用量 0.9。