基于硬度判定EPDM發泡材料減振性能

王巧玲，季承遠，李安，高光濤

（青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室，山東　青島　266042）

基于硬度判定EPDM發泡材料減振性能

王巧玲，季承遠，李安，高光濤

（青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室，山東青島266042）

用實驗方法探究EPDM發泡材料硬度與靜剛度之間的關系，討論剛度對發泡材料減振性能的影響，判定其減振性。實驗表明，隨著炭黑、硫磺和過氧化二異丙苯、石蠟油、防老劑用量增加，發泡材料硬度與靜剛度之間函數關系是合理的，且N330/N550補強的EPDM發泡膠料靜剛度隨硬度增長趨勢較N330、N550補強EPDM的發泡膠料緩慢；另外，強度及力學性能也超過必要的要求。

EPDM發泡材料；硬度；靜剛度

減振墊、海綿等多種發泡橡膠制品通常是處于周期性交變應力條件下工作的。為保證橡膠制品使用的安全性和可靠性，研究發泡材料的硬度與靜剛度之間的關系具有極其重要的意義[1~2]。EPDM發泡制品由于具有優異的耐天候性、低溫柔軟性等性能，近年來在汽車工業、建筑業中較廣泛用作密封和減振材料[3~4]。對于某些在動態條件下使用的減振橡膠發泡制品，出于結構和性能上的要求，需要有一定的硬度，即一定的靜剛度[5]。本實驗以配方變量探究并論證了減振制品靜剛度隨硬度變化的正相關性。

1　實驗部分

1.1主要原材料

三元乙丙橡膠EPDM（4045），中國吉林石化；炭黑N330、N550，美國卡博特公司；發泡劑AC，常州永新精細化學有限公司；石蠟油，sunpar 2280，美國太陽石油公司；Rhenogran S-80，硫磺質量分數80%，萊茵化學公司。其他實驗用原材料均為市售工業級產品。

1.2主要實驗設備及儀器

XSM200橡塑試驗用密煉機，上?？苿撓鹚軝C械設備有限公司；SK-160B雙輥開煉機，上海第一橡膠機械廠；GT-M2000-FA無轉子硫化儀，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；GT-70802門尼黏度儀，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；HS 1007-RTMO平板硫化機，佳鑫電子設備科技有限公司；GT-AI-7000M電子拉力試驗機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；尼康SMZ1500體視顯微鏡，日本尼康公司。

1.3試樣制備

基本配方：EPDM 100份（質量，下同），ZnO 5份，SA 1份，發泡劑AC 2份，S 0.5份。

以下為配方變量：

（1）炭黑為變量，N330、N550分別為30、40、50、60、70份，N330/N550并用比例為20/50、30/40、40/30、50/20。

（2）硫磺和DCP為變量（N330/N550=30/40），S分別為0.5、1、1.5、2份；DCP（S 0.2）分別為2、2.5、3、3.5、4份。

（3）石蠟油為變量（S為1份），石蠟油分別為10、15、20、25、30。

（4）防老劑為變量（石蠟油為15份），RD/4020與RD/MB分別為1/1、1.5/1.5、2/2，4020為2、3、4。

本實驗采用密煉機和開煉機混煉工藝，混煉工藝條件如下：密煉機初始設定溫度為：60℃、轉速60 r/min。按順序加料，排膠溫度約143℃。排出的膠料在SK-160B雙輥開煉機上下片，冷卻，然后在開煉機上加發泡劑、硫磺和促進劑，下片并停放24 h備用。用無轉子硫化儀測定硫化曲線，轉子擺動弧度1°，轉子擺動頻率1.67 Hz。硫化溫度為170℃。由硫化曲線確定正硫化時間，然后用平板硫化機進行硫化。

1.4性能測試方法

按照國標GB/T1232.1—2000進行門尼黏度測試?；鞜捘z的硫化特性，硫化膠硬度分別按照ASTMD—2084，GB/531—92進行測定；拉伸強度測試采用2型試樣，按照國標GB/T 528—1998 eqv ISO 37:1994進行測試；按照國標GB/T1681—2009進行橡膠回彈性能測試。

2　結果與討論

2.1炭黑品種及用量對發泡材料硬度和靜剛度關系的影響

根據產品要求的性能的不同，發泡材料的最終使用性能主要決定于橡膠基體材料的物理和化學性質。本實驗選用三元乙丙橡膠（EPDM）作為基體材料。三元乙丙膠（EPDM）是乙烯和丙烯的無規共聚物中再引入少量的非共軛二烯類單體作為硫化點溶聚形成的非極性橡膠，分子不飽和度較低，因而其具有優異的彈性、低溫性能、耐熱氧老化性、耐化學介質性以及良好的耐水性和優異的電絕緣性。炭黑、硫磺和過氧化二異丙苯、石蠟油、防老劑用量的變化在補強三元乙丙膠（EPDM）過程中影響發泡材料的泡孔形貌進而影響硬度的規律性變化，最后導致靜剛度的趨勢變化也呈現規律性。我國硫化橡膠一般采用邵爾A硬度計，適用于軟質硫化橡膠在邵爾20~90范圍內的硬度測定。橡膠發泡材料的減振性能對泡孔形貌比較敏感，假如混煉工藝和模壓硫化工藝相同，得到的發泡材料泡孔形貌差異在一定范圍內，各發泡材料檢測的環境溫度一樣，檢測得到的硬度值的受外界環境影響較小，則靜剛度與硬度的相關性受外界影響很小。

測試結果如表1所示，隨炭黑用量的增加硬度與靜剛度變化趨勢相同都呈現增大趨勢，且相同用量N330補強EPDM發泡膠料的硬度與靜剛度較N550補強EPDM膠料的大，另外N330/N550并用補強EPDM發泡膠料的硬度與靜剛度均高于單獨使用N330或N550補強EPDM的膠料，說明炭黑并用具有協同作用，測試結果顯示其他性能也符合預期目標。

表1　炭黑用量對EPPM發泡膠料硬度與靜剛度的影響

由圖1得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖1可觀察到第一次擬合直線和第二次擬合直線基本吻合如式（1），第三次擬合直線如式（2）斜率略偏小，說明N330/N550補強EPDM發泡膠料靜剛度隨硬度增長趨勢較N330、N550補強EPDM的發泡膠料緩慢。對比圖1中各線形，直線線形相似， 圖1基本反映了靜剛度隨硬度變化的規律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數關系是合理的。

圖1　炭黑與靜剛度和硬度的擬合直線關系圖

2.2交聯密度對發泡材料硬度和靜剛度關系的影響

由于EPDM發泡膠料要求有較好的減振性能，本研究選用了普通硫磺硫化體系。為進一步研究硫化膠的硬度和靜剛度的關系，將促進劑用量保持不變，增加硫磺用量，另外還研究了有機過氧化物過氧化二異丙苯（DCP）硫化體系中硬度與靜剛度的關系。如表2所示，隨著S和DCP用量的增加，硫化膠的硬度和靜剛度呈增大趨勢，測試結果顯示其他性能也符合預期目標，耐老化性和壓縮永久變形變化不大。

表2　S和DCP用量對EPDM發泡膠料硬度和靜剛度的影響

圖2　S、DCP與靜剛度和硬度的擬合直線關系圖

由圖2得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖2可觀察到第一次擬合直線如式（3）和第二次擬合直線如式（4）線性相似，第一次擬合直線斜率略偏小，說明硫磺硫化EPDM發泡膠料靜剛度隨硬度增長趨勢較DCP硫化EPDM發泡膠料緩慢，圖2基本反映了靜剛度隨硬度變化的規律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數關系是合理的。

2.3石蠟油對發泡材料硬度和靜剛度關系的影響

石蠟油的加入能夠降低膠料黏度、改善其加工性能，提高補強劑在膠料中的分散狀況，降低制品成本，并可改善硫化膠的耐寒性，因此研究石蠟油存在的情況下EPDM發泡材料硬度和靜剛度的關系具有指導性意義。如表3所示，隨著石蠟油用量的增加，硫化膠的硬度和靜剛度呈減小趨勢，測試結果顯示其他性能也符合預期目標。

表3　石蠟油用量對EPDM發泡膠料硬度和靜剛度的影響

由圖3得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；Ks——靜剛度，N/mm。

圖3　石蠟油與靜剛度和硬度的擬合直線關系圖

由圖3可觀察到石蠟油存在條件下EPDM發泡材料的硬度與靜剛度的擬合直線如式（5），基本反映了靜剛度隨硬度變化的規律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數關系是合理的。

2.4防老劑對發泡材料硬度和靜剛度關系的影響

橡膠會在使用過程中受到熱、氧、光等一些因素的影響而逐漸發生物理或者化學變化，使其性能下降，并喪失用途，這種現象稱為橡膠的老化。為提高他們的使用壽命，增加效益，節約資源，我們需要在橡膠中添加防老劑。如表3所示，隨著防老劑品種及用量的變化，防護的EPDM發泡材料出現最大硬度時都有一個最佳用量。RD/4020與4020防護的發泡材料的硬度呈現先增大后減小的趨勢，RD/MB防護的發泡材料的硬度則呈現先增大后基本不變的趨勢，但發泡材料的靜剛度與硬度呈現相同的變化趨勢，測試結果顯示其他性能也符合預期目標。

表4　防老劑的品種與用量對EPDM發泡膠料硬度與靜鋼度的影響

圖4　防老劑與靜剛度和硬度的擬合直線關系圖

由圖4得靜剛度與硬度一階擬合方程為：

式中：HA——橡膠邵爾A硬度；

Ks——靜剛度，N/mm。

由圖4可觀察到防老劑不同品種及用量防護EPDM發泡材料測定的硬度與靜剛度的擬合直線如式（5）、（6）、（7），不同用量及品種的防老劑對硬度的影響程度有差異，但都基本反映了靜剛度隨硬度變化的規律，證明橡膠硬度與靜剛度之間函數關系是合理的。

3　EPDM發泡材料剛度對減振性能的影響

剛度是判定橡膠減振性能的重要指標之一，橡膠材料的動靜剛度比對振動傳遞和減震效果有顯著的影響。動靜剛度比越小，橡膠材料的彈性就越好，振動傳遞效果也越好。發泡橡膠制品受交變載荷應力產生形變過程中，橡膠硬度的改變使減振制品的靜剛度發生變化，從而使橡膠減振制品發生泡孔塌陷，高度降低，彈性變差，對于由泡孔填充的EPDM復合材料而言，泡孔塌陷，高度降低，會影響制品的性能，致使產生更大的振動和噪音，達不到減振的目的。減振制品的靜剛度是制品受靜載荷時的剛度；如果載荷是動態的，則稱為動剛度，動剛度與靜剛度的比值稱為動靜剛度比。動剛度一般大于靜剛度，而且交變應力越大，動剛度越大[6]。當橡膠減振制品靜剛度發生改變時，其動剛度也必然會發生同方向的變化，即靜剛度增大動剛度也必然隨之增大一般，當靜剛度變化大于50%，可一定程度上認為減振制品失效，需要進一步檢測判定[2]。

4　結論

（1）實驗表明，橡膠減振制品的硬度與靜剛度存在著正相關性的函數關系，但都存在一定范圍的偏差，靜剛度隨硬度變化的正相關性對工程實踐具有指導性意義。

（2）通過檢測多組減振制品的硬度和靜剛度來確定硬度與靜剛度的擬合曲線，即可在原位測定橡膠減振制品的硬度為判別減振制品是否失效提供依據，是一種判定橡膠減振性實時性能的無損檢測方法。

[1] 趙菲, 陳翔. 配方因素對高硬度橡膠動態屈撓性能的影響[J].世界橡膠工業, 2012, 39(6):10~13.

[2] 柯維, 鄭建華. 基于橡膠硬度的隔振器性能判定[J]. 船海工程, 2008, 37(4):142~144.

[3] Wang B, Peng Z, Zhang Y, et al. Compressive response and energy absorption of foam EPDM[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2007, 105(6):3 462~3 469.

[4] 于力. 乙丙橡膠發展戰略研究[J]. 彈性體, 2005, 15(1):1~6.

[5] Bashir M A, Iqbal N, Shahid M, et al. Structural, viscoelastic, and vulcanization study of sponge ethylene–propylene–diene monomer composites with various carbon black loadings[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2014, 131(1):1~15.

[6] 賀春江, 張國文, 陳夢,等. 微孔橡膠墊板動靜剛度比的試驗研究[J]. 鐵道建筑, 2015(7):117~119.

(R-03)

歐洲PVC制品商Eurocell上半年利潤增長12%

歐洲PVC產品生產商Eurocell當地時間2016年8月23日發布了上半財年財報。

該公司主要生產窗戶、門和屋頂等PVC產品。在截至6月底的上半財年，公司營收9 720萬英鎊，較上一財年同期的8 250萬英鎊實現了增長。上半財年實現稅前利潤1 030萬英鎊(約合1 361萬美元)，較上一財年同期的630萬英鎊增長63%。

Eurocell上半財年調整后稅前利潤增長12%至1 070萬英鎊，增長12%。

Eurocell董事會主席勞森(Bob Lawson)表示：“展望未來，英國有關退出歐盟的公投結果導致了不確定性，但是我們已為下半年營造了一個良好的開端，在下半財年的最初7周里，公司銷售額增長了17%(如果不將并購因素考慮在內為8%)。并且，我們認為，行之有效的策略和能力將幫助Eurocell在2016年余下的日子里為顧客和股東創造更多價值。 ”

摘編自“中國聚合物網”

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Wang Qiaoling, Ji Chengyuan, Li An, Gao Guangtao
(Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042, Shandong, China)

In this paper, the relationship between hardness and stiffness of EPDM foam is discussed by experiment method, and the effect of stiffness on the damping property of foamed material is discussed. Experiments show that with the increasing content of carbon black, sulfur, dicumyl peroxide, paraffi n oil and antioxidant, the function relation between foaming material hardness and stiffness is rational, and the static stiffness growth trend with increasing hardness of N330/N550 reinforced EPDM foamed material is slower than N330 and N550 reinforced EPDM foamed material; In addition, the strength and mechanical properties are also more than the necessary requirements.

EPDM foamed material; hardness; static stiffness

TQ333.4

1009-797X(2016)18-0047-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.012

王巧玲（1989-），女，在讀碩士研究生，從事高分子材料配方設計及加工工藝的研究。

2016-07-07