NR再生胶/EPDM共混胶性能研究

2022-09-10

一、EPDM与再生胶

1. EPDM再生胶

(1) EPDM

三元乙丙胶 (EPDM) 属于烯烃类橡胶, 因其耐臭氧、耐老化性非常好, 并且稳定性超高, 因此又被称为“无裂纹橡胶”。由于其分析主链全部由乙烯和丙烯单元链接构成, 因此其饱和性和柔顺性早就了EPDM的耐屈挠性、回弹性及耐低温性能等。

(2) 再生胶

通过将橡胶生产中的肥料及废旧的橡胶制品粉碎、加工, 恢复其与生胶混合及硫化的能力, 从而重新作为一种橡胶原材料。通过实现资源循环利用, 不仅平衡了性能和低廉的价格, 同事具备较高的推广价值。

2. NR再生胶/EPDM并用共混

橡胶并用是国内外橡胶工业的研究重点, 通过将多种橡胶合理配合, 得到更加优良的并用硫化胶。通过并用改性法, 整个工业流程周期更短、效率更高、成本更低以及环境污染降低。

一般来讲, 并用胶中各相的硫化速率和硫化程度相差比较大, 因为在各种橡胶中硫化剂与促进剂的溶解度不同。并用胶共硫化是指在同一硫化条件下, 在不同胶相内同时达到正硫化, 甚至能形成相界面间交联的硫化。

EPDM由于是一种合成橡胶, 因此硫化速度慢, 自粘性和互粘性都较差。让呢天然橡胶具有较好的综合力学性能和加工性能, 但是抗老化性较差。因此将二者结合并用, 不仅可以改善粘合性, 同时也可以增强抗老化性。

二、实验设计

1. 实验材料

(1) EPDM:EP3950, 乙烯质量分数、第三单体5—亚乙基—2—降冰片烯 (ENB) 、ML (1+4) 100℃分别为56%、11.5%、54。

(2) EPDM:KEP570F, 乙烯质量分数、第三单体5—亚乙基—2—降冰片烯 (ENB) 、ML (1+4) 100℃分别为70%、4.5%、59.

(3) 其他如4045等。

2. 实验测试

(1) 胶料的硫化特性测试

在温度、摆度分别为160℃、1度的测试条件下, 在无转子流变仪上测定胶料的硫化曲线, 得到扭矩-时间曲线。

(2) 物理机械性能测试

在GB/T528-1998在电子拉力机上测试拉伸性能。采用I型试样:试片厚、拉伸截面宽、拉伸速度分别为:2mm、6mm、500mm/min。测试项目为拉伸强度、定伸应力以及扯断伸长率。

(3) 热空气老化性能测试

按GB/T3512-2001测试, 测试条件为100℃×72h, 测试项目为拉伸强度、扯断伸长率与定伸应力变化率和硬度的变化。测试时间为老化前后。

(4) 扫描电子显微镜 (SEM) 测试

采用尼康相差显微镜, 周期性观察硫化胶液氮脆断断面的相态。

(5) 炭黑分散性能测试

在测试条件为湿度50%, 温度23±2℃情况下, 在UD-3500炭黑分散度仪上, 用混炼胶试样切成大约5mm×5mm的断面测试。

三、三元乙丙胶的种类及加工工艺对共混胶性能的影响

1. 不同种类EPDM对NR再生胶/EPDM性能的影响

由于EPDM与NR再生胶之间的不饱和度差异造成大量的配合剂从EPDM相向NR相迁移, 硫化剂会在并用胶中NR相的不饱和部位发生反应, 并且很快消耗掉, 因此延长硫化时间仍然会出现硫化严重不足。我们选取三个不同饱和度的EPDM, 其ENB的比依次递增, 呈4.5%、8.0%、11.5%形式, 图1表示在不同ENB占比条件下, 再生共混胶的硫化特性。

从图1中可以看到, 当ENB不断减小, EPDM的不饱和度就逐渐减小, 硫化点就越少, 进而导致硫化时间增长, 而共混胶的硫化时间由EPDM的硫化时间主导, 因而随着ENB含量的减小Tc90逐渐增大。共混胶的焦烧时间变化不大;共混胶的正硫化时间逐渐延长。

为了更易观察各性能数据的变化趋势, 做图2。

如图1及图2所示, 硫化胶的拉伸强度、定伸应力、撕裂强度以及硬度随着ENB的强度降低都出现了部分降低。除此之外, 对比性能变化幅度, 配方2、3之间的幅度要小雨1、2间的幅度。这个结果正好与三个实验材料所含ENB的比之间的差别一致。随着第三单体的占比减小, EPDM不饱和度逐渐降低, 共混胶之间内部交联网络不再那么致密, 在受到外力时, 容易发生应力集中, 致使内部变形, 力学性能出现下降。另一方面, EPDM相和NR相的不饱和度差距的加大会引起硫化的不同步, 进而影响硫化胶的物理机械性能。

2. 不同配比NR再生胶/EPDM对共混胶性能的影响

为了使得并用胶之间的硫化效果达到最好, 获得最佳的共混物物理性能, 必须协调NR和EPDM并用橡胶的硫化速率, 这对该晒其共硫化性有非常重要的意义。

(1) 不同配比NR再生胶/EPDM对共混胶硫化特性的影响

由图3可知, EPDM的用量对并用胶的硫化性有非常重要的影响。并用胶中的EPDM不断增加会引起焦烧时间、硫化时间增加, 扭矩值逐渐减小。二者的饱和度相差较多, 因此, 硫化诱导期和达到正硫化的时间都比NR长。未硫化的EPDM以高分子形式在并用胶中存在, 未硫化胶增多, 增塑作用就越大, 其共混硫化胶的扭矩值便会减小。试样4#的扭矩值在试样2、3、4中是最小的。

(2) 不同配比NR再生胶/EPDM对共混胶力学性能的影响

如图3所示, 共混比影响的老化条件为100℃×72h。并用比的变化导致其围观的相态结构也随之变化, 并用胶中的EPDM增加导致并用胶的扯断伸长率、撕裂强度随之增大, 硬度减小, 同时, 拉伸强度在并用比为30/70、50/50时出现最大值和最小值, 热空气老化后, 硫化胶的各种物理性能均有不同程度的下降, 但总体变化趋势几乎不变。硫化NR再生胶的物理机械性能较差, 当NR再生胶/EPDM以30/70共混时的硫化时间内, 只有少量的未交联EPDM分散在交联网络中, 所以此共混比下的共混胶达到了良好的共硫化, 其共混硫化胶拥有最佳的物理机械性能。

摘要：大多数聚合物共混物的各组分间是热力学不相容的, 本文研究了加工方法对三元乙丙橡胶/天然橡胶再生胶共混胶性能的影响。

关键词：NR再生胶/EPDM,硫化体系,加工工艺