復煉工藝對乙丙橡膠（EP8282）的影響分析

劉莉莉，朱常才

（大連長豐實業總公司機械加工車間，遼寧 大連 116000）

乙丙橡膠主要以主鏈為乙烯、丙烯結構單元組成的合成橡膠，根據分子鏈中單體組成不同，乙丙橡膠主要分為二元乙丙橡膠（EPM）和三元乙丙橡膠（EPDM），三元乙丙橡膠（EPDM）在二元乙丙橡膠的基礎上在主鏈上引入第三單體，分子主鏈飽和，使乙丙橡膠具有良好的耐候性、耐臭氧性、耐水性、抗老化性、耐化學品腐蝕等優點，作為重要的密封材料，被廣泛應用于汽車工業、航空工業、建筑材料等領域。EPDM被譽為“無龜裂橡膠”，適合用于苛刻環境中，是飛機等高速動載領域中重要的密封材料。

橡膠制造廠出廠的混煉膠不能直接用來壓制橡膠零件，橡膠在儲存過程中填料會產生再聚集，混煉膠Payne效應提高，混煉膠塑性降低，所以必須將混煉膠進行復煉。混煉膠的復煉主要是借助開煉機兩輥筒之間的機械剪切力對膠料的剪切摩擦作用，趕出膠料中的氣體，分散調料聚集體和提高膠料的模壓流動性，并有助于提高最終產品的性能。本文主要研究復煉工藝對一批次牌號為EP8282的乙丙橡膠硫化特性、物理性能和填料分散的影響。

1 實驗

1.1 主要材料與試樣制備

（1）主要材料。乙丙橡膠混煉膠（中國航發北京航空材料研究院，牌號：EP8282）。

（2）試樣制備。混煉膠在BL-6175BL型雙輥開煉機（寶輪精密檢測儀器有限公司）進行復煉，開煉機初始溫度為45℃，先將開煉機輥距調為1mm加入EP8282混煉膠，使膠料包輥，左右割刀三次下片，然后將輥距調為0.2mm，每組混煉膠分別薄通打三角包0，2，6，12次，最后，將輥距調為2mm下片。

復煉后的膠料在平板硫化機（HS-100T-RTMO型，深圳佳鑫電子設備科技有限公司）上采用GB/T16584-1996及ISO6502-1991標準進行硫化壓片，硫化溫度170℃，硫化時間10min，壓力15MPa。

硫化膠在二段硫化箱（MZ-401型，江蘇明珠試驗機械有限公司）中進行二段硫化，二段硫化溫度150℃，時間1h。

1.2 性能測試

無轉子硫化儀（MDR2000型，美國ALPHA公司）測試復煉后混煉膠的硫化特性，硫化溫度為170oC，測試時間30min，硫化儀下模腔擺動角度為±1°。

按照GB/T1232-2000標準在門尼黏度計（MOON MV 2000型，美國Alpha公司）用于不同復煉條件下的混煉膠的門尼黏度測試，混煉膠門尼黏度值采用ML1+4100℃。

按照GB/T 528-1998標準在萬能電子拉力機試驗機（Z005型，德國Zwick公司）上測試硫化膠的力學性能，電子拉力機拉伸速率為500mm/min。按GB/T 529-1999標準在萬能電子拉力試驗測試混煉膠的撕裂強度。

采用GT-GS-MB型邵氏A硬度計按GB/T 531-1999（臺灣高鐵科技股份有限公司）測試硫化膠硬度。

混煉膠和硫化膠中填料分散采用EM-ARM200F型場發射掃描電子顯微鏡（日本株式會社）表征。

2 結果分析

2.1 門尼黏度和硫化特性

用開煉機對混煉膠EP8282在不同薄通次數下復煉，薄通次數對混煉膠門尼黏度和硫化特性的影響如表1所示。薄通次數增加，混煉膠的門尼黏度降低，混煉膠加工流動性提高。混煉膠的門尼黏度會隨著停放時間延長而增大，膠料中炭黑粒子發生團聚，混煉膠可塑性降低。

表1 不同復煉工藝EP8282門尼黏度和硫化特性

混煉膠停放時間過長，極性較強的配合劑會向著相互聚集的方向發展，產生一定的聚集效應，硫化前混煉膠的復煉過程能夠使聚集的填料及其他配合劑得到進一步分散，有助于提高硫化產品的性能。另外，表中可知膠料EP8282門尼黏度較高，這與膠料本身的性能以及填料的存在及存放過程中膠料的結構化有關，門尼黏度高復煉困難，毛胚的成形性差，硫化充模性差，制品上容易出現硫化痕跡，所以膠料硫化硫化之前需要充分復煉降低門尼黏度，提高膠料的可塑性，便于硫化成型。

復煉工藝中薄通次數對EP8282硫化硫化特性的影響見表1和圖1，從中可以看出，薄通次數對EP8282的影響較小。薄通次數增加膠料硫化過程中最大扭矩先升高后降低，但變化率較小。薄通次數增加，膠料的t10變化在0.1min以內。膠料EP8282的t10時間較短，在硫化裝料過程中容易產生早期焦燒，使膠料在模腔中流動不充分，產生制品的缺膠現象并且制品上易出現硫化痕跡。這就需要膠料EP8282在硫化過程中裝模速度需要盡可能快，并且硫化時要控制好放氣次數，放氣時間間隔，以便提高成品硫化件質量。從膠料EP8282的硫化曲線（圖1）可以看出，硫化過程中（硫化時間30min）膠料扭矩一直處于上升的趨勢，不存在返原現象，這是過氧化物硫化體系硫化的膠料的典型硫化曲線。

圖1 膠料EP8282硫化曲線

2.2 EP8282硫化膠物理性能

不同薄通次數的EP8282硫化膠的物理性能參數如表2。

表2 不同復煉工藝下EP8282硫化膠的物理性能

從表2可以看出，復煉工藝中薄通次數的增加對硫化膠的拉伸強度影響不大，邵爾A硬度基本保持不變，斷裂伸長率具有較大的波動。EM8282硫化膠的撕裂強度和100%和200%定伸應力，隨著薄通次數的增加先增加后減小。

對于大多數橡膠制品而言，生產過程中需要填充較大份數的炭黑等補強填料，補強填料的添加量對橡膠硬度有直接影響，一般填料量增加，橡膠硬度增大。除此之外，橡膠內大分子鏈的交聯密度也直接影響硫化膠的硬度，同時，兩者也對硫化膠的拉伸強度起著決定性作用。因此，復煉過程中薄通次數對硫化膠的硬度和拉伸強度基本無影響。

圖2為乙丙橡膠EP8282硫化膠的應力應變曲線，小應變下硫化膠的應力應變曲線相差較小，隨著應變量的增加，不同薄通次數下硫化膠應力應變曲線之間差距變大。復煉工藝中薄通次數對EP8282硫化膠低應變下的應力影響較小，對高應變下應力影響較大，對于長期停放的混煉膠返煉能夠將停放過程中產生的填料聚集得到進一步分散，降低填料聚集，一定程度上提高材料物理性能，但薄通次數過多，膠料受長時間的機械剪切作用，橡膠長鏈部分被破壞，硫化膠高應變下性能降低。

圖2 不同薄通次數下EP8282硫化膠的應力應變曲線

通過不同復煉工藝下乙丙橡膠EP8282的力學性能變化和應力應變曲線證明，復煉過程中薄通次數的增加（≤6次），乙丙橡膠的力學性能提高，尤其是撕裂強度、定伸應力有較大的提高，這對該種膠料的制品在使用過程中抗外力損壞、抗磨損性和抗裂紋延伸有一定的作用，提高EP8282橡膠制的使用性能。

2.3 填料分散

為了進一步分析返煉前后混煉膠中填料的分散情況，采用掃描電鏡（SEM）觀察了返煉前后膠料中填料的分散情況。圖3為返煉前混煉膠脆性斷面的掃描電子顯微鏡照片。

圖3 未返煉混煉膠SEM照片

從圖3中可以看出，返煉之前混煉膠內存在較大填料聚集體（＞1um），填料聚集體可能廠家在生產過程中填料分散不均勻造成的，混煉膠在轉運和儲存過程中也會產生一定的填料的聚集。填料聚集體的存在容易在硫化制品內部產生應力集中，產生內部缺陷，減低制品的物理機械性能。尤其對于小型橡膠密封制品，聚集體的存在嚴重影響制品使用壽命。返煉能夠使填料進一步分散，增加填料分散性。圖4為返煉薄通6次后EP8282硫化膠脆性斷面的SEM照片。

圖4 返煉后硫化膠SEM照片

從圖4中可以看出，EP8282混煉膠中填料分散均勻，不存在大的填料聚集體。結果表明，返煉能夠增加填料的分散性，填料分散性提高，材料內部分布均勻，有助于提高橡膠制品物理機械性能，同時提高制品的使用壽命。

3 結語

（1）返煉工藝中薄通次數增加，EP8282混煉膠的門尼黏度降低，混煉膠的可塑性增加；薄通次數對混煉膠的硫化特性影響較小，EP8282硫化特征曲線為過氧化物硫化膠料的典型硫化曲線。混煉膠的t10時間較短，制品硫化過程中應控制裝料時間，保證膠料完全充模硫化。

（2）薄通次數對EP8282硫化膠的拉伸強度和邵爾A硬度基本無影響，斷裂伸長率具有較大的波動。EM8282硫化膠的撕裂強度和100%和200%定伸應力隨著薄通次數的增加先增加后減小。

（3）未返煉的混煉膠內存在著較大填料聚集體（＞1um），填料聚集體可能廠家在生產過程中填料分散不均勻造成的，混煉膠在轉運和儲存過程中也會產生一定的填料的聚集。經過返煉薄通填料能夠增加得到進一步分散，填料分散性提高。