EPDM橡胶材料机械加工方法工艺研究

冯懿娜，谷岩，周良斌

（西安航天复合材料研究所机加总装中心，陕西 西安 710025）

三元乙丙橡胶（EPDM）是一种高饱和度橡胶，它是由乙烯、丙烯以及不饱和第3单体组成的共聚物，具有耐热、耐老化、耐酸碱、耐臭氧、抗撕裂、抗疲劳等优点，广泛应用于建筑业、汽车制造业以及聚合物改性等领域。由于EPDM的耐油性及粘合性较差，硫化速度较慢,若与其他橡胶并用改性，可以更好地改善不同种类橡胶的不足，综合各自的优异性能。因此，本文聚焦于EPDM橡胶材料的机械加工方法工艺，简要研究了EPDM的溶液聚合加工工艺、悬浮聚合加工工艺、气相聚合加工工艺。

1 EPDM橡胶的市场发展以及其生产技术

1.1 EPDM橡胶的市场发展情况

伴随着我国经济的迅猛发展，国民经济的主要支柱产业已经变成了汽车工业和建筑行业，因此，我国对三元乙丙橡胶的市场需求也在显著增加。在过去的几年里，我国国内EPDM产量已经高达2万多t，但是，年消费量竟然高达22.75万吨t，由此可以看出，EPDM行业对进口的依存度是非常巨大的。

1.2 国内EPDM橡胶的生产技术

国内EPDM橡胶的市场需求量十分的庞大，但是我国EPDM橡胶技术发展的却是比较晚的，一些核心的生产技术基本全都掌握在欧、美、日的手中，没有自己的技术，并且近几年西方还停止了技术的转让。

尽管现阶段意大利FASTEC公司与国内的某些专利公司一起，推广了一些先进的技术，但是还没有进行投产的装置，去证明其技术的可行性。现阶段，在我国国内的唯一的一家EPDM生产厂商是中国石油吉林石化公司，在1997年，吉林化学工业公司引进了日本三井石化公司的生产设备和生产技术，并开始投产，在其公司的内部，有A、B两条生产线，总产能可以达到4.5万t /a。并且该装置与技术，经过了多年的吸收消化与生产实践，其研究开发系统变得更加得完善，生产控制变得日趋成熟。

2 EPDM橡胶的加工方法

2.1 溶液聚合机械加工方法工艺

在溶液聚合机械加工方法工艺中，预冷的溶剂、乙烯、丙烯和第三单体以及催化剂溶液，在聚合压力为0.4～0.8 MPa，温度为30～50℃的条件下，一起被投入聚合反应釜中，进行聚合。在聚合之后需要加入稳定剂，将使大部分未参与聚合反应的单体闪蒸出来，供循环使用。然后，再把聚合物胶液注入到沸水釜中，进行强力搅拌，让二烯烃单体与溶剂一起蒸出，经冷凝、纯化后，供循环使用。该工艺是在既可以溶解产品、又可以溶解单体和催化剂体系的溶剂中进行的，通常情况下，采用钒V—A1催化剂体系，直链烷烃如正己烷为溶剂。粒状的聚合物在筛网、干燥箱中脱水或者是机械挤压脱水后，经冷却、压缩，包装成产品。

该技术生产工艺较为简单，技术较为成熟，聚合温度容易控制；生产出来的产品品种牌号较多，质量均匀综合性能好，灰分含量较少，硫化速度快，应用较为广泛，可以灵活地生产一系列聚合物，并且其产品电绝缘性能也较好，是工业生产EPDM的一个主导工艺。

2.2 悬浮聚合机械加工方法工艺

通常的悬浮聚合工艺都是以HNB或DCPD为第三单体，以乙酮丙酮钒和AlEt2C1为催化剂，以二乙基锌和氢气为分子量调节剂，以二氯丙二酸二乙酯为活化剂。根据生产的产品牌号，可以在多桨式搅拌器的夹套式聚合釜中，加入乙烯、丙烯、第三单体以及催化剂，在压力0.35～1.5 MPa，温度－2～20℃的反应条件下进行。

整个聚合反应应该在高度自动控制下进行，应该将反应相中，悬浮聚合物的质量分数控制在30%～35%，将生成的聚合物丙烯淤浆，10～15次／h间歇性地送入到洗涤器中，先用聚丙二醇，使其催化剂失活；然后再用NaOH水溶液进行洗涤。

由于EPDM的悬浮聚合工艺所产生的聚合产物，不会溶于反应介质丙烯，因此提高了转化率，其生产能力远远高出了溶液法，聚合物可以达到30%～35%的质量分数。采用钒系或者是钛系做催化剂，不但其催化剂效率较高，而且其聚合产率也比较高，可以制得超高分子量的聚合物。但美中不足的是，在反应的后期，催化剂的脱除较为困难，容易产生凝胶问题。悬浮聚合工艺还没有凝聚、溶剂回收精制等工序，工艺流程简单，基建投资较少，产品成本要比溶液法低得多。

2.3 气相聚合机械加工方法工艺

三元乙丙橡胶的气相聚合工艺是一种全新的聚合技术，通常情况下可以分成三个工序，即聚合、分离净化和包装。反应器是由一个直立流化床组成的，将氮气、气态单体、催化剂加入到反应器中，可以定期的去取出固态产物。在反应进行的前期，三种反应物——乙烯、丙烯以及第三单体( ENB)都可以以气体的形式存在，同时由此生成的聚合物可以进行直接的定形。反应热可以通过循环气撤出，循环气同时也可以用于聚合物床的流态化。

其具体的技术状况为，将质量分数为60%的乙烯，4.5%的ENB，35.5%的丙烯，一同与催化剂加入到直立流化床反应器中，在绝对压力2.07 kPa，温度50～65 ℃下，进行气相聚合反应。那些来自反应器的未反应单体，可以经过循环气压缩机压缩后，进入循环气冷却器。乙烯的单程转化率可以达到5.2%，丙烯的可以达到0.58%，ENB的可以达到0.4%。在循环气冷却器中未反应单体可以除去反应热，再与新鲜的原料气，一同回到反应器中。来自净化塔顶部的气体，经过冷凝回收ENB后，在通过泵送回流比床反应器，最终生成的微粒状产品进入包装工序。

气相聚合工艺流程简短，仅有三道工序，并且不使用溶剂，不需要溶剂或稀释剂，不需要溶剂的回收，减少了溶剂气提、洗涤和干燥的投资，精制工序也较为简单，大大降低了生产成本。从反应器排出的EPR粉未，经过脱气降压后，又进入了净化塔，然后再用氮气脱除残留烃类，几乎无三暖排放，无需解决排污问题，对环境保护更有利。

通过对上面三种方法的介绍，在EPDM的各种机械加工方法工艺中，溶液聚合工艺，由于其加工流程较长，设备生产强度较低，高粘度散热较为困难，反应后的聚合物流浓度较稀，单体、溶剂回收费用较高，因此其投资成本较高。而悬浮聚合机械加工方法工艺，其的投资成本相当于相同规模溶液聚合工艺的77%，成本工艺相当于相同规模溶液聚合工艺的88%，具有能耗低、投资少、生产成本低、原料消耗少、三废处理费用低等特点。

就满足EPDM橡胶产品的高品质、牌号多样性而言，尽管溶液法聚合具有流程长，能耗高等缺点，但是目前还是其占统治地位，悬浮法与气相法尽管流程短，能耗低，效率高，但是其生产出来的产品具有较大的局限性。

3 结语

为了保持我国EPDM橡胶健康、有序、快速地发展，以EPDM橡胶的发展趋势来看，我国EPDM橡胶工业应该朝着扩大应用领域，提高生产规模，积极应用新技术，加快新型单体的方向发展，争取早日打破这种高进口依存度的现状。并且还要优化EPDM橡胶材料机械加工的方法与工艺，国家还应该加大对EPDM橡胶工艺改良方面的投入，实现我国在EPDM橡胶生产工艺方面的自主产权。

[1]常真，李运波，万向武，等. 钨/三元乙丙橡胶屏蔽复合材料的性能研究[J]. 化工新型材料，2015，43（3）：192～194.

[2]马宇春.三元乙丙橡胶生产工艺及应用研究进展[J]. 科技视界，2013，（28）：202.