三元乙丙橡膠/增粘樹脂/酚類防老劑復合材料阻尼性能的研究

李 靜

（北京化工研究院燕山分院，北京 102500）

隨著汽車工業的發展，尤其是對汽車安全性、舒適性和駕駛操作性要求越來越高，汽車減震制品用量逐年增大。未來隨著高檔轎車產量增大，汽車用減震橡膠制品需求增長速度更快。一輛高檔轎車用減震橡膠制品多達60件左右，同時品種、類型和用途不同，因此對材料的要求也是多樣化的。由于汽車尾氣排放標準不斷提高，致使發動機和排氣管的溫度升高，用于這些部位的橡膠減震件需要采用耐熱性能好的三元乙丙橡膠（EPDM）[1]。

但EPDM存在有效阻尼溫度較低且區域較窄的不足，該問題的解決越來越受到重視[2-3]。改進橡膠阻尼性能常用的方法有共混、共聚及有機雜化等，其中有機小分子化合物與聚合物復合形成雜化網絡結構體系被認為是一種制備高性能阻尼材料的新方法，受到廣泛關注[4-7]。

1 實驗

1.1 主要原材料

EPDM，牌號J-4045，中國石油吉林石化公司產品；納米活性氧化鋅，寶雞天鑫工業添加劑有限公司產品；增粘樹脂BH-1，無錫市賓王化工廠產品；增粘樹脂CH-FE和增粘樹脂CH-FR，上海加成有限公司產品；EPDM專用增粘樹脂，山西化工研究所（有限公司）產品；增粘樹脂GC和樹脂王，廣州來力實業有限公司產品；防老劑1010、防老劑1076和防老劑1520，巴斯夫（中國）有限公司產品。

1.2 試驗配方

EPDM，100；活性氧化鋅，5；硫黃，1.5；促進劑TMTD，1；促進劑M，0.5；增粘樹脂（增粘樹脂BH-1、增粘樹脂CH-FE、EPDM專用增粘樹脂、增粘樹脂CH-FR、增粘樹脂GC和樹脂王）/酚類防老劑（防老劑1010、防老劑1076和防老劑1520），40。

1.3 試樣制備

先將EPDM在雙輥開煉機［輥距0.7 mm，輥溫（35±5）℃］上塑煉至包輥（約1 min），再依次加入活性氧化鋅、酚類防老劑、增粘樹脂、硫化劑、促進劑，混煉均勻后下片。混煉膠停放24 h后在平板硫化機上硫化。

1.4 性能測試

動態力學性能（DMA）測試在美國TA儀器公司的2980動態力學能譜儀上進行，拉伸測試模式，頻率5 Hz，升溫速率3 ℃·min－1，溫度范圍－100～＋150 ℃，應變0.25%，試樣尺寸10 mm×10 mm×6 mm。

2 結果與討論

2.1 EPDM的阻尼性能

從EPDM的結構來看，其丙烯單體上的側甲基導致分子鏈的空間位阻大，分子鏈在受到外力作用時內耗較大，因此EPDM具有阻尼性能。

EPDM的阻尼性能如圖1所示（tanδ為損耗因子，tanδ大于0.3的溫度范圍表征阻尼性能）。從圖1可以看出，EPDM的tanδ峰值為1.24，最大tanδ對應的溫度為－31.5 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－42.0～－14.7 ℃，這表明EPDM的有效阻尼溫度較低且區域較窄，因此EPDM作為阻尼材料的應用受到限制。

圖1 EPDM的tanδ-溫度曲線

2.2 EPDM/增粘樹脂BH-1復合材料的阻尼性能

增粘樹脂BH-1是熱塑性的非反應型對-特辛基酚醛增粘樹脂，是一種高效增粘劑，其叔丁基、苯環、端羥基空間位阻較大，與EPDM的側甲基共同作用，可以提高復合材料的阻尼性能。

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增粘樹脂BH-1是一種熱塑性非反應型對-特辛基酚醛增粘樹脂，其叔丁基、苯環、端羥基空間位阻較大，可以與EPDM的側甲基作用發揮阻尼效能。

EPDM/增粘樹脂BH-1復合材料的阻尼性能如圖2所示。從圖2可以看出：EPDM/增粘樹脂BH-1復合材料有2個tanδ峰，第1個tanδ峰值為0.89，最大tanδ對應的溫度為－23.9 ℃，tanδ大于0.3對應的溫度范圍是－38.5～－0.7 ℃；第2個tanδ峰值為0.2，最大tanδ對應的溫度為89.4 ℃。與EPDM相比，EPDM/增粘樹脂BH-1復合材料高溫區域的阻尼性能提高，有效阻尼溫域加寬。

圖2 EPDM/增粘樹脂BH-1復合材料的tanδ-溫度曲線

2.3 EPDM/增粘樹脂CH-FE復合材料的阻尼性能

增粘樹脂CH-FE是改性的熱塑性多元烷基苯酚-甲醛樹脂，是高效增粘劑，其多元烷基、苯環空間位阻大，與EPDM的側甲基共同作用，賦予復合材料極佳的初始粘性。

EPDM/增粘樹脂CH-FE復合材料的阻尼性能如圖3所示。從圖3可以看出：EPDM/增粘樹脂CH-FE復合材料有2個tanδ峰，第1個tanδ峰值為0.99，最大tanδ對應的溫度為－33.1℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－41.6～－18.3 ℃；第2個tanδ峰值為0.41，最大tanδ對應的溫度為127.9 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是114.8～138.6 ℃。與EPDM相比，EPDM/增粘樹脂CH-FE復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖3 EPDM/增粘樹脂CH-FE復合材料的tanδ-溫度曲線

2.4 EPDM/EPDM專用增粘樹脂復合材料的阻尼性能

EPDM專用增粘樹脂為特定的烷基酚醛樹脂，是熱塑性增粘劑。

EPDM/EPDM專用增粘樹脂復合材料的阻尼性能如圖4所示。從圖4可以看出：EPDM/EPDM專用增粘樹脂復合材料有2個損耗峰，第1個tanδ峰值為1.02，最大tanδ對應的溫度為－27.5 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－38.6～－7.7 ℃；第2個tanδ峰值為0.24，最大tanδ對應的溫度為91.5 ℃。與EPDM相比，EPDM/EPDM專用增粘樹脂復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖4 EPDM/EPDM專用增粘樹脂復合材料的tanδ-溫度曲線

2.5 EPDM/增粘樹脂CH-FR復合材料的阻尼性能

增粘樹脂CH-FR是烷基酚醛熱塑性樹脂，其與EPDM相溶性大，可改善EPDM的耐老化性能和化學穩定性，可使復合材料保持良好的粘性，對復合材料物理性能基本無影響。

EPDM/增粘樹脂CH-FR復合材料的阻尼性能如圖5所示。從圖5可以看出：EPDM/增粘樹脂CH-FR復合材料有2個損耗峰，第1個tanδ峰值為1.0，最大tanδ對應的溫度為－26.9 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－38.4～－7.5 ℃；第2個tanδ峰值為0.27，最大tanδ對應的溫度為92.7 ℃。與EPDM相比，EPDM/增粘樹脂CH-FR復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖5 EPDM/增粘樹脂CH-FR復合材料的tanδ-溫度曲線

2.6 EPDM/增粘樹脂GC復合材料的阻尼性能

增粘樹脂GC是改性的熱塑性多元烷基苯酚-甲醛樹脂，屬高效增粘劑。

EPDM/增粘樹脂GC復合材料的阻尼性能如圖6所示。從圖6可以看出：EPDM/增粘樹脂GC復合材料有2個損耗峰，第1個tanδ峰值為0.95，最大tanδ對應的溫度為－33.0 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－41.7～－17.3 ℃；第2個tanδ峰值為0.41，最大tanδ對應的溫度為130℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是116.4～141.6 ℃。與EPDM相比，EPDM/增粘樹脂GC復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖6 EPDM/增粘樹脂GC復合材料的tanδ-溫度曲線

2.7 EPDM/樹脂王復合材料的阻尼性能

樹脂王是叔丁酚與乙炔的縮合物，可以提高膠料的初粘性、存放粘性和濕熱條件下的粘性。

EPDM/樹脂王復合材料的阻尼性能如圖7所示。從圖7可以看出：EPDM/樹脂王復合材料有2個損耗峰，第1個tanδ峰值為0.79，最大tanδ對應的溫度為－33.0 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－39.6～－15.3 ℃；第2個tanδ峰值為0.54，最大tanδ對應的溫度為137.6℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是127.5～147.7 ℃。與EPDM相比，EPDM/樹脂王復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖7 EPDM/樹脂王復合材料的tanδ-溫度曲線

2.8 EPDM/防老劑1010復合材料的阻尼性能

在EPDM/酚類防老劑復合材料中，受阻酚類防老劑的叔丁基、苯環、端羥基空間位阻較大，與EPDM的側甲基共同作用，可提高復合材料的阻尼性能。

EPDM/防老劑1010復合材料的阻尼性能如圖8所示。從圖8可以看出：EPDM/防老劑1010復合材料有3個tanδ峰，第1個tanδ峰值為1.19，最大tanδ對應的溫度為－33 ℃，tanδ大于0.3對應的溫度范圍是－42.7～－15.4 ℃;第2個tanδ峰值為0.32，最大tanδ對應的溫度為68.3 ℃，tanδ大于0.3對應的溫度范圍是66.5～69.6 ℃；第3個tanδ峰值為0.09，最大tanδ對應的溫度為102℃。與EPDM相比，EPDM/防老劑1010復合材料在高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖8 EPDM/防老劑1010復合材料的tanδ-溫度曲線

2.9 EPDM/防老劑1076復合材料的阻尼性能

EPDM/防老劑1076復合材料的阻尼性能如圖9所示。從圖9可以看出：EPDM/防老劑1076復合材料有3個tanδ峰，第1個tanδ峰值為0.56，最大tanδ對應的溫度為－30.3 ℃，tanδ大于0.3對應的溫度范圍是－38.9～－18.3 ℃；第2個tanδ峰值為0.2，最大tanδ對應的溫度為55.4 ℃。與EPDM相比，EPDM/防老劑1076復合材料在高溫區域的阻尼性能提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖9 EPDM/防老劑1076復合材料的tanδ-溫度曲線

2.10 EPDM/防老劑1520復合材料的阻尼性能

EPDM/防老劑1520復合材料的阻尼性能如圖10所示。從圖10可以看出：EPDM/防老劑1520復合材料有2個tanδ峰，第1個tanδ峰值為1.41，最大tanδ對應的溫度為－41.7 ℃，tanδ大于0.3對應的溫度范圍是－53.8～－25.9 ℃；第2個tanδ峰在高溫區域，峰值較低，接近0.2，但跨越的溫度范圍很大，為20～150 ℃。與EPDM相比，EPDM/防老劑1520復合材料在高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖10 EPDM/防老劑1520復合材料的tanδ-溫度曲線

2.11 EPDM/增粘樹脂BH-1/樹脂王/增粘樹脂GC/防老劑1010復合材料的阻尼性能

不同增粘劑和防老劑對提高EPDM阻尼性能的能效不同。將多種增粘樹脂和防老劑混合加入EPDM中，以考察其協同作用。

EPDM/增粘樹脂BH-1/樹脂王/增粘樹脂GC/防老劑1010復合材料的的阻尼性能如圖11所示。從圖11可以看出：該復合材料有2個損耗峰，第1個tanδ峰值為0.75，最大tanδ對應的溫度為－31.2 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是－40.5～－15.0 ℃；第2個tanδ峰值為0.44，最大tanδ對應的溫度為92 ℃，tanδ大于0.3的溫度范圍是82.4～100.3 ℃。與EPDM相比，復合材料高溫區域的阻尼性能明顯提高，有效阻尼溫域大幅加寬。

圖11 EPDM/增粘樹脂BH-1/樹脂王/增粘樹脂GC/防老劑1010復合材料的tanδ-溫度曲線

3 結語

增粘樹脂BH-1、增粘樹脂CH-FE、EPDM專用增粘樹脂、增粘樹脂CH-FR、增粘樹脂GC、樹脂王、防老劑1010、防老劑1076、防老劑1520及其混合物均能顯著提高EPDM的高溫阻尼性能，拓寬有效阻尼溫域。