高硬度EPDM胶配方设计技巧分析

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  [摘 要]在生产挤出型材时,盛行使用高硬度橡胶材料代替部分热塑性塑料和金属,这是因为EPDM塑料可以实现与软胶料共压出,同时能够和软胶料均匀硫化,制作出的制品能在更广泛的温度范围内实现隔热、密封、降噪等性能。因此生产高硬度EPDM引起了相当范围内的广泛关注。
  [关键词]高硬度EPDM 胶料 配方设计 技巧
  中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)01-0045-01
  一、HC –EPDM
  此次研究使用茂金属催化技术制备触动HC-EPDM以及其与市售的EPDM的共混物。
  (一)试验方法和测试
  本次实验采用的实验器械是密炼机,全程在实验室进行,严格按照标准的逆序混炼工序进行。排胶温度设定为140°C,在开炼机上加入硫化剂,按照ASTM或者ISO标准对胶料或者硫化胶进行物理测试。对于无法获得对应ASTM或者ISO标准程序的聚合物特性测试,本研究的实验方法沿用了杜邦·道聚合物公司的标准程序[1]。
  (二)实验过程和结果
  实验最初步骤选择EPDM胶料要滿足乙烯含量分别为70%,75%,78%,85%,93%,门尼粘度达到17-20个门尼单位。
  对炭黑的混入时间进行设定,即在混炼过程中,填料换入生胶所耗用的时间。评定填料分散程度、混料效率以及填料加工时间时,将BIT作为指标。
  本次研究表明了胶料混炼特性和硫化胶刚性度之间的关系。即,EPDM结晶度和硫化胶的模量成正比关系,而混炼效率则是负比。即,结晶度高,模量高,但混炼效率变差。
  区分不同的聚合物可以通过对比聚合物的固有特性,如,复数粘度和温度的关系。
  此次研究采用橡胶加工分析仪测定胶料的复数粘度和温度关系。一般来说,结晶性好的胶料,一旦温度超过熔点,短时间内粘度会降低。如果低于临界温度,聚合物保持非熔融状态,刚性太大,无法进行混炼。而乙烯含量达到70%的半结晶性EPDM,其Tc=36℃,在高于36℃的温度范围内,复数粘度和温度关系呈线性曲线关系,表明其能较快进入混炼加工状态[2]。
  二、HC-EPDM和SC-EPDM混用
  由实验一可得知,单独使用HC-EPDM在当前的技术条件下不具备现实可行性,那么可以尝试把HC-EPDM和市售的SC-EPDM混用,其中HC-EPDM的乙烯含量要求在75%~93%,商业SC-EPDM乙烯含量为70%,其使用目的主要是推动混炼加工,在混炼机进入吃粉阶段时,SC-EPDM能产生高剪切力,促使混炼室温度骤升,能对HC-EPDM的熔融和混合产生积极的推动作用。研究发现,要使胶料获得最好最平衡的物理性能好加工性能,那么要满足 SC-EPDM与HC-EPDM的混用比例为70:30,实验结果如下表:
  三、热塑性塑料和热固性树脂
  在当前的橡胶生产中,热塑性塑料以及热固性树脂都能发挥添加剂的功能,帮助实际生产中提升胶料的硬度和刚性。
  基于此种情况,在 HC-EPDM和SC-EPDM混用实验中,把以上两种材料作为添加剂进行研究。
  在SC-EPDM中加入树脂(高结晶乙烯-辛烯共聚物;HS-SBR;含HMT固化剂的PF)作为添加剂,其次,通过上一节实验可知,在 SC-EPDM和HC-EPDM共混比达到70∶30时,硫化胶的物理性能和加工性能达到最佳的平衡状态。因此在本次实验中,我们使用HC-EPDM(乙烯含量分别为85%、93%)和SC-EPDM进行混用实验,根据实验结果乙烯质量含量为93%的HC-EPDM和SC-EPDM混用实验中,当温度达到100℃时,很难测定胶料的粘度,会给现行的塑胶实际生产带来很大难度。
  四、实验结果和配方分析
  (一)胶料粘度
  通常情况下,100℃温度下测定的胶料粘度代表着在普通条件下该胶料的加工适应性能。本次实验中,我们通过添加聚烯烃树脂或者液态BR来降低基础配方的胶料粘度。而同样的现象也发生在HC-EPDM和SC-EPDM混用实验中。
  (二)硫化胶物理性能
  实验结果证明,不同的添加材料会直接影响硫化胶的硬度以及模量,这一点明确地体现在可交联的热固性材料,尤其是液态BR和PF树脂效果最为显著。但热塑性树脂却显然无法实现这一要求。
  (三)高温下硫化胶的刚性度
  本次实验分布在室温和100℃的情况下测出了不同硫化胶的10%定伸应力值[3]。空白实验配方的EPDM胶料和加了热塑性聚烯烃的配方在室温下测试出的模量较低,当温度升至 100℃时,测量的模量下降超过一半。但是对于添加了液态BR、 HS-SBR和PF树脂的配方,随着温度的升高,也会导致硫化胶模量下降,但是速率非常缓慢,其中尤以添加了PF树脂和液态BR的差异更为明显。
  (四)热塑性聚烯烃树脂
  此类树脂和EPDM具有较强的兼容性,能提高EPDM硫化胶的刚性度和硬度,但作用非常有限。而且因为聚烯烃的完全饱和性,很难对硫黄硫化过程实施干预,导致出现未硫化相。
  (五)PF树脂和液态BR
  PF树脂也称酚醛树脂,具有较强的耐酸性、耐热性,广泛应用于塑胶粘剂、阻燃材料等行业中,其交联机理十分清楚,用HMT实行交联,形成多因次交联网络,得到的制品硬度很高。
  在当前的生产条件下,笔者推荐使用HC-EPDM和SC-EPDM混用作为获得高硬度EPDM的最佳配方,两者混用过程可以满足硫化胶的刚性度和硬度要求。另外为进一步提高硫化胶的硬度,可以适当添加液态BR、PF树脂作为加工助剂。
  参考文献
  [1]王韶晖,. 高硬度EPDM配方设计技术[J]. 橡胶参考资料,2003,(4).
  [2]孟逸东,王健,肖建斌,于佳珍,. 助交联剂在彩色高硬度EPDM胶料中的应用[J]. 橡塑技术与装备,2015,(7).
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