三元乙丙橡膠/氯化丁基橡膠并用膠體系性能的研究

江羿鋒

將具有不同特性的橡膠進行共混，相互取長補短以獲得具有較高性能的并用膠是進行橡膠研究的重要手段。三元乙丙橡膠（EPDM）具有較好的耐候性和彈性，但在熱老化后會逐漸變硬而失去彈性，而氯化丁基橡膠（CIIR）不僅具有較好的耐候性，而且還有優良的氣密性能，最關鍵的是CIIR在熱老化后會因逐漸變軟而失去彈性。另外兩種橡膠的具有相似的結構和溶解度，因此比較容易解決在相容性和共硫化性方面的問題。所以研究EPDM/CIIR并用膠具有重要的現實意義，現將研究情況介紹如下。

1　EP DM/C II R并用膠中各組分的影響

由于EPDM與CIIR具有相似的結構和溶解度，因此采用任何并用比例都可以實現較好的共混效果。但是兩者在分子主鏈的飽和度和分子極性方面仍有差異，當CIIR所占配比較大時并用膠的抗焦燒性能下降，試驗證明CIIR在共混體系中的配比不得超過50。

在體系中加入促進劑二硫化四甲基秋蘭姆（TMTD）1.5、二硫化二苯并噻唑（MBTS）1.5后，得出了以下結論：在CIIR配比從0增加至50的過程中，焦燒時間呈減少趨勢，正硫化時間呈增加趨勢，扭矩稍有增加，因此硫化性能獲得提升；在力學性能方面，邵爾A型硬度下降了6%，拉伸強度下降了9%，拉斷伸長率則下降了14%，壓縮永久變形稍有減少；在耐熱空氣老化方面，經過175℃*70h的熱空氣老化試驗后，并用膠的邵爾A型硬度從+5提高到+9，拉伸強度變化率從-11%下降到-50%，拉斷伸長率變化率則基本維持在-60%左右。

對硫化體系中硫黃的用量進行調整時，我們發現隨在硫黃用量逐漸增加的過程中，并用膠的焦燒時間和正硫化時間都有所延長，拉伸強度在用量達到1.25時達到峰值18.0，但隨后降低，拉斷伸長率大幅降低，硬度和高溫壓縮永久變形則變化不大。當硫黃用量為0.75時并用膠的綜合性能較好。

在對TMTD、MBTS用量進行調整時發現它對并用膠的性能影響不大，只是當它們的用量各為1.5時，并用膠的高溫壓縮永久形變最小，綜合性能較好。

2　酚醛樹脂與過氧化物硫化體系

考慮到EPDM/CIIR并用膠的主要性能缺陷在與耐熱老化性不足，因此我們試驗了以酚醛樹脂（PF）作為硫化劑加入到體系中，以期改善，采取的對照樣本是EPDM/CIIR配比為70/30的并用膠。試驗結果如下：當PF加入量為8～10的時候，焦燒時間大大縮短，正硫化時間進一步延長，加入量繼續提高到12時，焦燒時間恢復到對照樣本的水平，但在整個試驗中，體系的扭矩反倒有些降低；在力學性能方面表現卻很差，除了邵爾A型硬度提高了15%，壓縮永久變形稍有提高以外，拉斷伸長率降低了67%，拉伸強度則降低了80%；以此為代價換取的是出色的耐熱老化性能，經過相同的熱空氣老化試驗后，體系的邵爾A型硬度變化量降低到了+3至+5的水平，拉伸強度變化率最大達到了+3%，拉斷伸長率變化率甚至可以實現-1%。

另一方面，我們對EPDM/CIIR配比為70/30的并用膠還進行了過氧化物硫化體系以及在添加硫黃條件下的硫化體系的并用膠性能試驗，試驗結果如下：單獨采用過氧化物為硫化劑時并用膠的高溫壓縮永久變形較小，僅為38%，相較于之前所做試驗的各個體系降低了約50%，在拉伸強度變化率和拉斷伸長率變化率方面的表現也很不錯，僅次于PF硫化體系；而在加入助交聯劑三烯丙基異氰脲酸酯（TAIC）和硫黃后，并用膠的力學性能稍有增強，但在耐熱老化性能方面損失較多，因此綜合來看，單獨采用過氧化物為硫化劑能實現較好的性能。

3　EP DM與C II R的交替層狀結構

前文所提的共混改性都是以提高耐老化性能和力學性能為目的的，然而在進行共混之后材料的阻尼性能卻被削弱了，因此如果需要材料體現出較強的阻尼性能，那么就應當對兩種橡膠進行多層共擠操作，以制成具有交替層狀結構的EPDM/CIIR復合材料。

以16層的EPDM/CIIR復合材料為例，在SEM掃描下，復合材料呈現出兩相層狀結構的微觀形貌，由于兩種橡膠的相容性相似，因此相界面比較模糊。通過多層共擠方法得到的復合材料具有較高的有效阻尼范圍和損耗因子，當復合材料的層數增多時兩者也隨其進一步增加，試驗證明當層數達到64層時，這兩項指標均超過相同條件下的CIIR，所以復合材料的阻尼性能并不是這兩種橡膠的簡單相加，而是兩者之間產生了一定的協同作用，并隨著層數和相疇數的增加愈發明顯，阻尼性能也隨之提升。

4　結論

通過對EPDM/CIIR并用膠體系性能的研究我們認為由于兩種橡膠在分子鏈結構和相容性上的相似，所以決定其性能的關鍵在于兩種橡膠的配比和硫化過程，其中雙方配比本質上調節的是體系在力學性能和耐熱老化性能之間的平衡。而在硫化過程中形成了關鍵的交聯點，所以硫化劑的選擇為并用膠的性能提供了更大的可能。

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