摘要:在發泡劑用量為6~8份時,EPDM發泡材料的回彈值出現極大值,此時產品外表光滑、手感細膩,彈性良好。

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在汽車工業中,發泡材料的應用已經有相當規模。以汽車密封條為例。1995年總需求量為4500萬m,2000年總需求量為11250萬m,預計到2010年總需求量將達到25000萬mr1。作為汽車密封條,其主要性能要求是密封性及彈性好、

耐候和耐疲勞老化性能優異等。EPDM是一種飽和橡膠,其耐老化性能是通用橡膠中最好的。,且具有較高的耐臭氧性和耐候性,被稱為“無龜裂橡膠”。本工作通過選擇合適的發泡劑、硫化和補強體系,制備各項性能均符合要求的EPDM發泡材料。

1、實驗

1.1原材料

EPDM,牌號EP98,日本三井石油化學工業株式會社產品;發泡劑DDL101,濟南奧科化工科技有限公司產品;炭黑N330,德國德固薩公司產品;過氧化二異丙苯(硫化劑DCP)、硬脂酸、聚乙烯蠟、硫黃和氧化鋅均為市售工業品。

1.2基本配方

EPDM1()(],硬脂酸1,氧化鋅3,聚乙烯蠟5,硫化劑DCP、硫黃、發泡劑DDL101和炭黑N330變量。

1.3主要設備和儀器

SK一1608型雙輥筒開煉機,上海橡膠機械廠產品;XLK型平板硫化機,青島第三橡膠機械廠產品;GT—AJ7000S型電子拉力實驗機和GT—XB一320M型電子密度儀,臺灣高鐵科技股份有限公司產品;CJ一6A型回彈性試驗機,上?;C械四廠產品;邵氏硬度計,上海險峰電影機械廠產品;JSM一840型掃描電子顯微鏡,日本JE0L公司產品。

1.4性能測試

密度按HG/T27281995測定;邵爾A型硬度按GB/T531—1999測定;拉伸強度按C,B/T528~1998測定;回彈值按C;B/T1681~1991測定;壓縮永久變形按GB/T1683?1981測定。

2、結果與討論

經過對發泡工藝多次摸索,鎖定工藝條件為模壓溫度160℃、發泡時間14min,并以此為基礎探討發泡劑、硫化體系和炭黑對發泡材料性能的影響。

2.1發泡劑的影響

發泡劑選用DDL101。該發泡劑為復合型發泡劑,吸放熱基本平衡,避免了單純放熱型或吸熱型發泡劑因熔體粘度和強度波動造成并泡或難于發泡的現象,與傳統的發泡劑相比,該發泡劑有反應平緩、放氣量較大的特點。用其作為發泡劑發泡所得制品泡孔尺寸小,形狀規則,物理性能好。

2.1.1發泡劑用量對發泡材料性能的影響

發泡劑用量對發泡材料的拉伸強度和密度的影響如圖1所示。從圖1可以看出,隨著發泡劑用量的增大,材料的拉伸強度和密度均呈一定程度的下降趨勢。發泡劑用量對材料的硬度和彈性的影響如圖2所示。從圖2可以看出,發泡材料的硬度隨發泡劑用量的增大呈現出逐漸下降的趨勢,而其回彈值在發泡劑用量為6~8份時出現極大值,此時產品外表光滑、手感細膩、彈性良好。

2.1.2發泡劑用量對泡孔結構的影響

發泡劑用量不同時,泡孔放大1000倍的SEM照片如圖3所示。從圖3可以清楚看到泡孔內部存在大量的皺褶。其中,當發泡劑用量為6份時泡孔內部皺褶更為細密,分布更為均勻。存在結構細致且分布均勻的皺褶是發泡材料擁有好的彈性的內在原因。綜合以上分析,本試驗選擇發泡劑DDL101的用量為6份。

2.2硫化體系的影響

EPDM發泡材料的硫化體系主要為硫黃和過氧化物硫化體系。采用硫黃硫化體系時,發泡材料形成以多硫鍵為主的交聯結構,其拉伸強度較大,但耐熱和耐老化性能略差;采用過氧化物硫化體系時,發泡材料形成單一的碳一碳交聯鍵,其和耐老化性能優異,但壓縮永久變形小。本試驗采用硫黃和過氧化物共硫化體系,以期在保證材料耐熱和耐老化性能的前提下不降低材料的物理性能。

過氧化物硫化體系以及硫黃和過氧化物共硫化體系對發泡材料性能的影響如表1所示。從表1看出,添加硫黃后,發泡材料的性能均有所提高,發泡材料的密度由原來無硫黃時的0.19Mg·m提高到0.32Mg·rn-,邵爾A型硬度由3度提高到2o度,回彈值由33提高到5O,拉伸強度由0.35MPa提高到1.38MPa,變化幅度較大。添加硫黃前后發泡材料物理性能發生變化可以如下解釋:DCP分解引發生成的叔碳自由基易發生斷裂,這是EPDM交聯反應主要的競爭反應。加入少量硫黃作共交聯劑可以抑制叔碳自由基斷裂,提高交聯效率,從而提高硫化膠的拉伸強度和定伸應力,降低壓縮永久變形。另外,硫黃還使EPDM分子內的不飽和雙鍵打開發生交聯反應,形成交聯網絡。在硫黃存在的條件下,交聯效果和硫化膠性能的改善可歸因于硫黃的交聯特性。不同硫化體系發泡材料的泡孔結構如圖4和5所示。從泡孔放大不同倍率的示意圖可以看出,單純DCP硫化時泡孔形狀為多邊形,泡孔內部較為平坦,泡壁??;采用DCP/硫黃并用硫化時泡孔形狀近似圓形,泡孔內部具有細致且均勻的皺褶,泡壁較厚。在宏觀上,DCP/硫黃并用硫化所得材料較單純DCP硫化具有更高的回彈值,手感更軟。綜上所述,采用硫黃和過氧化物并用硫化體系,可在保證材料耐熱和耐老化性能的前提下不降低材料的物理性能。

2.3炭黑的影響

EPDM體系中發泡材料的密度和硬度隨炭黑N330用量變化的趨勢如圖6所示。從圖6可以看出,隨著炭黑N330用量由2O份增大到4O份,發泡材料的密度和硬度呈現逐漸上升的趨勢,但變化趨勢不明顯。

EPDM發泡材料的回彈值和拉伸強度隨炭黑N330用量變化的趨勢如圖7所示。從圖7可以看出,隨著炭黑N330用量由2O份增大到4O份,發泡材料的回彈值呈現逐漸下降的趨勢,從44下降到37,拉伸強度在炭黑N330用量為3o份時出現峰值,達到1.18MPa。

EPDM體系中發泡材料壓縮永久變形隨炭黑N330用量變化的趨勢如圖8所示。壓縮永久變形試驗條件為7O℃×24h,壓縮率4O。從圖8可以看出,隨著炭黑N330用量從2O份增大到4O份,材料壓縮永久變形呈現先下降后上升的趨勢。當炭黑N330用量為3O份時,材料具有最低的壓縮永久變形35.3。為使發泡材料在保持較低的密度和硬度的同時,又保持高的回彈值和低的壓縮永久變形,選擇炭黑N330用量為3O份。選用此炭黑用量時,發泡材料的拉伸強度最大。綜上所述,可得出EPDM發泡材料的優化配方:EPDM100,硬脂酸1,氧化鋅3,聚乙烯蠟5,硫化劑DCP0.5,硫黃0.2,發泡DDL1016,炭黑N33030。

3、結論

(1)在發泡劑用量為6~8份時,EPDM發泡材料的回彈值出現極大值,此時產品外表光滑、手感細膩,彈性良好。

(2)使用DCP/硫黃并用硫化體系所得發泡材料泡孑L內部有細致而均勻的皺褶,其彈性較單純DCP硫化的發泡材料要好,其它性能也較優。

(3)當炭黑N330用量為3O份時,材料有較低的密度和硬度,又具有高的回彈值和低的壓縮永久變形,而且拉伸強度最大。

(4)采用優化配方制得的EPDM發泡材料柔軟性好,發泡倍率較高,彈性好,而且在光學顯微鏡下觀察其泡孔結構更為均勻、細密。

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[性能]配方因素對EPDM發泡材料性能的影響

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作者 duan, yu

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