两种乙丙橡胶在密封条应用中的性能

刘丽娟

(中国石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132021)

乙丙橡胶一般分为二元乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM)。EPM为乙烯、丙烯的共聚物；EPDM为乙烯、丙烯以及少量非共轭二烯烃的共聚物。乙丙橡胶由于分子主链的高饱和性，使其具有卓越的耐候性、耐臭氧、耐热性、良好的电绝缘性和耐化学性等性能[1-8]。EPM由于分子完全饱和，不能用硫磺硫化，只能采用有机过氧化物等特殊硫化方式进行硫化，因而在加工工艺和使用量上受到了限制，在乙丙橡胶商品牌号中的用量不超过20%；而EPDM由乙烯、丙烯和第三单体共聚而成，侧链上含有一定量的不饱和二烯烃，因此不但可以采用EPM的硫化方式，还可以采用硫磺硫化，能够保持乙丙橡胶的各种特性，在乙丙橡胶商品牌号中的用量超过80%[9-10]。目前国内市场上的乙丙橡胶主要应用于汽车配件、建筑材料、电线电缆、聚烯烃改性和油品添加剂等制品，其中用于生产密封条的高档乙丙橡胶占比在25%以上[11-15]。

作为密封条生产所用的EPDM原料，生胶的微观结构如共聚组成、序列分布、相对分子质量及其分布决定其物理机械性能和加工性能，乙烯含量、共聚单体含量及门尼黏度是乙丙橡胶牌号的主要选择指标。许多牌号生胶可用于生产密封条，虽然基本技术指标接近，但由于生胶的结构和组成不同，使其在加工性能和物理机械性能方面的差异较大。不同生产厂家所采取的聚合工艺或控制方法不同，EPDM生胶合成时会在微观结构与产品性能上存在着细微的差异，这种差异会对成型后的密封条外观及性能产生影响。密封条外观差或是压缩永久变形不理想，会影响挤出产品在热硫化过程中的软化变形；抗塌陷性能变好会影响密封条挤出产品的尺寸挺性，因此在牌号选择的过程中需要对指标进行综合性能评价。本文研究了在生产密封条过程中，两种乙丙橡胶产品对流变性能、抗塌陷性能和抗压变性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

1.2 仪器及设备

KY-3203K 开炼机：东莞市正工机电设备科技有限公司；XSS-300 密炼机：上海科创橡塑机械设备有限公司；AI-700-S 电子拉力机：高铁科技股份有限公司；RPA2000 橡胶加工分析仪：美国Alpha公司；AG-1110 老化箱：日本岛津公司；TG328A分析天平：上海精密科学仪器厂；XY-1邵氏硬度计：上海化工机械四厂；RH2000毛细管流变仪：英国Malvern公司；XQLB-350×350平板硫化机：上海橡胶机械制造厂。

1.3 试样制备

生胶胶料混炼采用先密炼后开炼的二段混炼工艺。一段密炼工艺为：在XSS-300密炼机中，加入氧化锌、硬脂酸、炭黑及石蜡油等进行混炼；二段开炼工艺为：在KY-3203K开炼机上，将一段母炼胶包辊后，先加入硫磺及促进剂，然后加入酚醛树脂等，薄通三角包6次，将混炼胶片和硫化胶片停放16 h，待用。

1.4 性能测试

门尼黏度按照GB/T 1232.1—2000进行测试；拉伸强度、断裂伸长率、定伸应力按照GB/T 528—2009进行测试；硫化胶热氧老化性能按照GB/T 3512—2001进行测试；压缩永久变形按照GB/T 7759—1996进行测试；硫化特性按照GB/T 16584—1996进行测试。

2 结果与讨论

2.1 混炼胶的门尼黏度

门尼黏度主要反映橡胶加工性能的优劣。EPDM门尼黏度的高低和弹性的大小不仅与其生胶的相对分子质量有关，还与相对分子质量分布、长链支化和大分子的缠结程度等有关。一般乙烯的含量越高，分子链的柔顺性越好，流动越容易，黏度就越低。当门尼黏度较高时，胶料不易混炼均匀及挤出加工，影响胶料的加工性能；而当门尼黏度低时，胶料易黏辊，同样影响胶料的加工性能，并且门尼黏度过低则硫化后制品抗拉强度低。不同EPDM的配方如表1所示，生胶及其对应的混炼胶的门尼黏度测试结果如表2所示。

表1 酚醛树脂硫化体系硫化配方

表2数据表明，Vistalon 3666与Royalene 694生胶及其混炼胶门尼黏度无显著差异，说明其加工性能相当。

表2 EPDM生胶及其对应的混炼胶的门尼黏度

2.2 混炼胶的流变性能

在生胶混炼加工过程中，生胶在一定剪切频率下的表观黏度越大，胶料的流变性越差，而相应胶料的收缩性能越稳定，两种EPDM混炼胶的频率曲线如图1所示。

剪切频率/s-1图1 Vistalon 3666与Royalene 694混炼胶的频率曲线

EPDM密封条产品的成型加工过程中，在低剪切频率条件下，剪切黏度值越大，胶料的强度越高，其抗塌陷能力就越好，在挤出后的冷却过程中不会出现胶条断裂或者因自身质量发生变形的现象；在高剪切频率下，剪切黏度越小，胶料的强度越低，其加工流动性越好，混炼效果好，挤出过程中机头压力小，挤出量大，因此可以实现更快速的混炼和挤出。

从图1可以看出，Vistalon 3666与Royalene 694的胶料在低剪切频率下具有较高的剪切黏度，分子缠结度高，其挤出制品的抗塌陷性能较好，但不利于加工混炼；而在高剪切频率下具有较低的剪切黏度，分子纠缠度低或基本消除，表现出良好的加工性能，对胶料的成型加工更加有利，Vistalon 3666与Royalene 694混炼胶的流变性能相当。

2.3 抗塌陷性能

EPDM未硫化胶管的外形保持率如表3所示。

表3 EPDM未硫化和硫化胶管的外形保持率

表3数据表明，Vistalon 3666与Royalene 694两种胶料制品的抗塌陷性能相当，这与上述的门尼黏度、流变性能和硫化特性所反映的结果基本一致，尤其是硫化胶的外形保持性实际对应的是低剪切频率下的条件，这与混炼胶门尼黏度的测试频率相对应。结果是胶料的黏度越高，其强度也越好，硫化后的外形保持性能越好。

2.4 硫化胶的物理性能

EPDM硫化胶的硫化特性如表4所示，其物理性能见表5。

表4 EPDM硫化胶的硫化特性1)

1)ML为最小转矩；MH为最大转矩；t10为焦烧时间；t90为正硫化时间。

表4数据表明，Vistalon 3666与Royalene 694硫化参数非常接近，这说明其硫化特性基本一致。表5数据表明，Vistalon 3666与Royalene 694硫化胶的主要物理性能无显著差异。

表5 EPDM硫化胶的物理性能

2.5 硫化胶的压缩永久变形

压缩永久变形是硫化橡胶在应力的作用下，分子发生蠕变的结果。乙丙橡胶在密封的应用领域，为了获得长期密封的可靠性，一般都有较为严格的压缩永久变形性能要求。在同一个配方下，将硫化后的样品置于压缩永久变形模具中，紧压后置于100 ℃烘箱中72 h。冷却30 min后，进行压缩永久变形实验，结果如表6所示。

表6数据表明，Vistalon 3666与Royalene 694硫化胶相比，硫化胶的压缩永久变形相当，表现出优异的抗压变性能，对密封条应用具有显著的优势。

表6 EPDM硫化胶的压缩永久变形1)

1)h0为压缩前试样高度；h1为压缩后试样高度。

3 结 论

Vistalon3666、Royalene694混炼胶的加工性能相当；硫化胶的剪切黏度、抗塌陷性能、拉伸强度、断裂伸长率、300%定伸应力、压缩永久变形等性能相当，两种EPDM对密封条应用具有显著优势。