乙烯-乙酸乙烯酯橡胶基吸油膨胀橡胶的制备与性能研究

2023-02-13

吸油膨胀橡胶为新型自溶胀型的吸油材料, 具有耐压缩性好、吸油性强、在压力下保持不漏油等优点, 在现有的止漏密封材料中是最佳的选择。本研究对乙烯-乙酸乙烯酯橡胶基吸油膨胀橡胶的制备与性能进行分析, 现将结果报告如下:

一、实验

1. 实验材料

炭黑 (N330) 由美国卡博特公司生产;乙烯-乙酸乙烯酯橡胶 (EVM) 由德国朗盛特殊化学品股份公司生产, VA含量0.5;防老剂 (RD) 、硫化剂 (DCP) 、助交联剂 (TAIC) 、增塑剂乙二酸烷基醚酯 (TP-95) 、硬脂酸锌等均由正规市场购买获取。

2. 实验准备

EVM为100, RD为1, TAIC为1.5, TP-95为5, 补强剂、DCP为变量。

实验仪器:平板硫化机 (XLB-D350×350) 由上海第一橡胶机械厂生产;热老化试验箱 (RZH-1001) 由江都市开源试验机械厂生产;盘式硫化仪 (P3555B2) 由东莞市大中仪器有限公司生产;开炼机 (X (S) K-160) 由杭州苏桥佳迈机械设备有限公司生产;数显恒温水浴锅 (HH-6) 由长沙博诺科学仪器有限公司生产;万能材料试验机 (LR30K PLUS) 由济南中创工业测试系统有限公司生产;邵氏硬度计 (XY21) 由济南恒思盛大仪器有限公司生产。

3. 试样制备

首先调整开炼机的辊距调至<2mm, 将EVM置于开炼机上进行3次薄通, 此时辊距增加至3mm, 包辊加料, 遵循一定的比例依次倒入RD、炭黑、TP-95、TAIC、DCP (在倒入黑炭时配合添加偶联剂) , 在40-50℃炉温下均匀混炼。硫化仪负责测定橡胶料硫化的参数, 并在实验试样厚度2mm、环境170℃/10MPa×t90的条件下利用平板硫化机完成硫化制片。

4. 测试

(1) 吸油饱和率

将实验试样置于待测油品中, 温度保持80℃, 24h后将其取出, 依照《高分子防水材料》中关于遇水膨胀橡胶的膨胀率计算公式计算试样的吸油饱和率。

(2) 物理性能分析

试样拉伸性测定在拉伸速率500mm·min-1、温度 (23.00±2.00) ℃的条件下进行, 依照《硫化橡胶或热塑性橡胶》中提出的拉伸应力应变性能测定法完成测定;硬度采用邵氏硬度计, 依照《硫化橡胶或热塑性橡胶》的规定的邵氏硬度计测试方法完成测试[1]。

(3) 性能的稳定性分析

配置各溶液:取250g水与90g氯化钠 (固态) 相溶制备得盐溶液 (质量分数0.26) ;取210g水与90g氢氧化钠 (固态) 相溶制备得碱溶液 (质量分数0.30) ;取58g水与250g盐酸相溶制备得盐酸 (质量分数0.37) 。

(4) 抗老化性能

将实验试样放入温度160℃的老化箱中, 时间为1w, 期间每日取出测试物理性能。测试依照《硫化橡胶或热塑性橡胶老化性能的测定》中提出的标准进行。

(5) 保油率分析

取吸油达到饱和的橡胶, 放入离心机 (转速调至4000r·min-1) 中进行离心旋转, 后对其质量进行称量, 将数据代入公式:保油率= (离心旋转后质量/离心旋转前质量) ×100%, 计算试样的保油率[2]。

二、结果

1. DCP用量

在炭黑 (N330) 用量为40的条件下, 观察硫化过程中DCP用量与转矩间的关系, 可得DCP用量的增加不会造成转矩最小值的变化, 但其最大值会逐渐提高, 说明DCP加量与橡胶料的初始粘度间不存在明显关系。

观察DCP用量与EVM硫化胶物理性能之间的关系, 可得试样的拉伸强度与邵尔A型硬度同DCP的用量呈正比关系, 拉断伸长度则随DCP用量的增加逐渐减小, 说明DCP的交联度会影响试样的物理性能, 见表1。

2. 炭黑N330用量

采用炭黑与白炭黑对EVM进行填充, 可得经过炭黑填充的EVM其体积的膨胀率更高, 二者并用产生的体积膨胀率为其次, 白炭黑填充后的EVM体积膨胀率最低。说明炭黑N330可以用作EVM的补强填充物。

另外观察炭黑用量与EVM物理性能间的关系, 可得当炭黑用量处于30-50份时, EVM的体积膨胀率无显著变化, 当炭黑增加至60份时, 膨胀率急速降低, 说明炭黑使用过量对EVM的体积膨胀率有影响, 用量以30-40份为最佳, 见表2。

3. 抗老化性

将EVM置于热氧条件下进行交联, 老化时间为2d时试样的拉伸强度最大, 至7d时拉伸强度无显著变化, 拉断伸长率略微降低, 说明EVM硫化胶抗老化性较强, 见表3。

4. 保油率与性能稳定情况

观察试样的保油率, 可得经过10min离心旋转后EVM硫化胶保油率为98%, 经20min离心旋转的试样则为97%, 说明EVM硫化胶保油率较高。

将吸油达到饱和后的试样置入各类溶液中浸泡2d, 观察EVM硫化胶性能稳定情况, 可得经过2d的溶液浸泡, 试样均产生一定体积膨胀率变化, 同时膨胀率的保持率约为82%-83%, 见表4。

讨论

DCP用量结果表明, 要实提升EVM体积膨胀率, 且不对EVM的物理性能造成影响, 需要适量降低DCP用量, 通常以1.5份为最佳。炭黑N330用量结果的原因是白炭黑中二氧化硅表面的羟基量较多, 属亲水性无机物, 而非极性碳氢化合物油则与炭黑中的无定形碳存在较好的亲和性, N330所具有的DBP吸收值可达1.02/L·g-1, 因此炭黑对EVM硫化胶体积膨胀率的影响较大。保油率与稳定性的测试结果表明, EVM硫化胶能够在热氧条件及不同类型溶液 (酸、碱、盐) 中保持较高的稳定性, 且保油率较高[3]。原因为吸油过程具单向性, EVM硫化胶吸油性受其热力学性质的作用, 且在浸泡过程中溶液试图进入胶料内部膨胀其体积, 但由于胶料内的交联结构影响, 橡胶中的大分子链产生不溶解的现象, 使大分子网络结构将油分子紧紧包裹, 实现吸油目的。

摘要：本研究采用EVM对吸油橡胶进行制备, 通过实验测试EVM硫化胶物理性能与DCP、炭黑N330用量的关系, 观察其保油率与抗老化性。结果证明EVM硫化胶体积膨胀率与DCP、炭黑N330用量存在一定关联, DCP最佳用量为1.5份, 炭黑N330为30-40份, 且EVM硫化胶保油率、性能稳定性较高, 抗老化性较好。

关键词：乙烯-乙酸乙烯酯,吸油膨胀橡胶,制备,性能