影響epdm膠料低溫性能的因素

1、影響EPDM膠料低溫性能的因素張景亮編譯（天津市橡膠工業(yè)研究所，天津300384）與熱塑性材料不用，彈性體通常需要在相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)使用且顯著地高于它們的玻璃化溫度（Tg）。彈性體相對(duì)于熱塑性材料的優(yōu)點(diǎn)是，它具有從拉伸狀態(tài)（高彈性）幾乎完全恢復(fù)的能力，還有普彈性、低硬度和低模量特性。當(dāng)彈性體在低于室溫下使用時(shí)，呈現(xiàn)硬度增加、模量增加、彈性減少（低拉伸）和壓縮永久變形增加的趨勢(shì)。依據(jù)彈性體存在的問(wèn)題，兩種現(xiàn)象能夠同時(shí)發(fā)生——玻璃態(tài)硬化和

2、部分結(jié)晶，CR、EPDM、NR是表現(xiàn)結(jié)晶的一些彈性體實(shí)例。本文中，我們將考察影響EPDM膠料低溫性能的因素，比如：乙烯含量、二烯烴種類、相對(duì)分子質(zhì)量和增塑劑選擇的影響。我們也將簡(jiǎn)單地評(píng)論目前工業(yè)應(yīng)用中各種各樣的低溫性能測(cè)試。表1測(cè)試方法測(cè)試方法ASTM標(biāo)準(zhǔn)門(mén)尼焦燒MDR流變應(yīng)力應(yīng)變性能生膠強(qiáng)度邵氏A硬度Gehman低溫硬化低溫回縮脆性溫度壓縮永久變形低溫壓縮永久變形熱空氣老化液體浸泡噴霜滲出試驗(yàn)壓縮應(yīng)力松弛ASTMD1646ASTMD5

3、289ASTMD412ASTMD2240ASTMD1053ASTMD1329ASTMD2137方法AASTMD395方法BASTMD1229ASTMD573ASTMD471液體浸泡GM6259M3.1.4.1部分ASTMD6147（修訂）百分含量，第三個(gè)數(shù)字表示乙烯的相對(duì)含量，而第四個(gè)數(shù)字為添加到聚合物中油的含量。在此研究中，沒(méi)有聚合物是充油的，因此，最后一個(gè)數(shù)總是為0。例如，聚合物A（3440）門(mén)尼粘度為28，ENB含量為4，乙烯含量

4、為48，未充油。聚合物完整的清單和一些混合成分列于表2中。所有的配方如表3所示。表2材料成分清單1實(shí)驗(yàn)本試驗(yàn)中應(yīng)用BR82型密煉機(jī)制備膠料，在單獨(dú)混煉階段運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)煉機(jī)混煉工藝加入固化劑；依照ASTM標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施所有的物理測(cè)試，這些測(cè)試內(nèi)容列于表1中。除了取于硫化拉伸試片的試樣外，都依據(jù)GM6259M進(jìn)行噴霜試驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)中把測(cè)試試樣暴露在30℃~100℃交替變換的環(huán)境中一定時(shí)間，然后記錄試樣表面的任何變化（噴霜、變色等）。EPDM聚

5、合物各種應(yīng)用過(guò)程中，為了便于討論，采用了簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)。第一個(gè)數(shù)字表示門(mén)尼粘度（ML14@125℃），第二個(gè)數(shù)字表示二烯烴的常用名稱化學(xué)名稱（商品名）聚合物聚合物A（3340）聚合物B（2450）聚合物C（2460）聚合物D（2470）聚合物E（2370）EPDM（BunaEP等級(jí)）EPDMEPDMEPDM（VPKA8956）EPDM2009.NO.3張景亮編譯.影響EPDM膠料低溫性能的因素9容性，這里專為評(píng)估增塑體系，我們將簡(jiǎn)要概述怎樣

6、實(shí)施其每個(gè)試驗(yàn)。2.2脆性溫度ASTMD2137定義脆性溫度為硫化橡膠在特定的沖擊條件下，不顯示斷裂或破裂的最低溫度。制備5個(gè)事先確定形狀的橡膠試樣，放于室內(nèi)或液體介質(zhì)中，在設(shè)定的溫度中持續(xù)30.5min，然后給以2.00.2ms的沖擊速度。取出試樣，進(jìn)行沖擊或斷裂測(cè)試，全沒(méi)有破壞。重復(fù)試驗(yàn)，直到脆性溫度——發(fā)現(xiàn)不斷裂的最低溫度很接近于1℃。2.3低溫壓縮永久變形和低溫硬化低溫壓縮永久變形的測(cè)試步驟與標(biāo)準(zhǔn)壓縮永久變形的非常接近，只是溫度

7、是通過(guò)一些能源的方法控制的，比如干冰、液氮或機(jī)械的方法，其值在預(yù)設(shè)溫度的1℃之內(nèi)。從夾具取出恢復(fù)后，同樣放入預(yù)設(shè)的低溫下，試樣模壓成型，其直徑為29mm，厚度為12.5mm。低溫壓縮永久變形是相關(guān)膠料在密封應(yīng)用方面的間接方法。壓縮應(yīng)力松弛是直接方法，將在后面做論述。低溫硬化也通常采用硫化的壓縮永久變形試樣測(cè)定（29mm12.5mm），但是在一個(gè)低溫下重新測(cè)試，這個(gè)溫度控制跟壓縮永久變形的控制是一樣的，然后再與它們?cè)O(shè)定溫度一樣的溫度下再測(cè)

8、一次。硬化和低溫壓縮永久變形直接受降溫的影響，但也受聚合物結(jié)晶趨勢(shì)的影響，結(jié)晶速率依靠于溫度，例如，CR在10℃左右結(jié)晶最快，在更低溫度下，結(jié)晶速率又減小，主要是由于高聚物鏈段的不運(yùn)動(dòng)（分子鏈在重排之前已經(jīng)凍結(jié)了）。2.4Gehman低溫硬化ASTMD1053這樣描述低溫硬化方法：一系列彈性聚合物試片固定連接到已知扭轉(zhuǎn)常數(shù)的鐵絲上，而鐵絲的另一端連在能夠允許鐵絲扭轉(zhuǎn)的一個(gè)扭頭上。試片在特定的低于正常溫度的溫度下，浸沒(méi)于一種熱轉(zhuǎn)移介質(zhì)中，

9、此時(shí)扭頭扭轉(zhuǎn)180，然后以一定量（小于180）扭轉(zhuǎn)試樣，這個(gè)量依靠于試樣的柔順和剛度的倒數(shù)。然后用量角儀測(cè)定試樣扭轉(zhuǎn)的量，扭轉(zhuǎn)的角度與膠料的硬度有關(guān)。系統(tǒng)溫度此時(shí)逐漸增加，得到了扭轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)于溫度的圖。通常記錄相對(duì)于室溫下的模量值相等時(shí)，模量達(dá)到T2、T10、和T100的溫度。2.5低溫回縮（TR測(cè)試）當(dāng)采用壓縮應(yīng)力測(cè)定的壓縮永久變形和壓縮應(yīng)力松弛來(lái)測(cè)定低溫效應(yīng)時(shí)，利用TR測(cè)試在拉伸狀態(tài)下評(píng)估試樣的能力。就像早期所涉及到的，像NR和PV

10、C很多聚合物在低溫下將結(jié)晶，但拉伸也能結(jié)晶，當(dāng)觀察低溫性能時(shí)會(huì)導(dǎo)致額外因素。在拉伸下為了評(píng)價(jià)應(yīng)用，例如排氣懸掛時(shí)，TR是非常合適且頻繁采用的。在這個(gè)測(cè)試中，試樣伸長(zhǎng)（經(jīng)常為50%或100%）且在伸長(zhǎng)狀態(tài)下凍結(jié)。松開(kāi)試樣，此時(shí)以確定的速率升高溫度測(cè)量試樣恢復(fù)，測(cè)量收縮的長(zhǎng)度并記錄伸長(zhǎng)率。試樣縮10%、30%、50%和70%時(shí)的溫度通常記為T(mén)R10、TR30、TR50和TR70。TR10與脆性溫度有關(guān)；TR70與低溫壓縮永久變形有關(guān)；TR1

11、0與TR70之間的差別用來(lái)測(cè)量試樣的結(jié)晶（差別越大，結(jié)晶趨勢(shì)越大）。2.6低溫壓縮應(yīng)力松弛（CSR）CSR測(cè)試可以用來(lái)進(jìn)行密封材料性能和壽命的預(yù)測(cè)。當(dāng)給彈性膠料一個(gè)恒定的變形時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種合力，在一定環(huán)境范圍之內(nèi)材料保持這種力的能力來(lái)衡量它的密封能力。物理和化學(xué)機(jī)理都對(duì)應(yīng)力松弛有貢獻(xiàn)，依據(jù)時(shí)間和溫度，一個(gè)因素將會(huì)占有主導(dǎo)地位，在低溫下觀察物理松弛，給定應(yīng)力后立即觀察到，這導(dǎo)致鏈的重排和橡膠填料、填料填料表面的改變，應(yīng)力移除體系的松弛是