三元乙丙橡胶/增粘树脂/酚类防老剂复合材料阻尼性能的研究

李 静

（北京化工研究院燕山分院，北京 102500）

随着汽车工业的发展，尤其是对汽车安全性、舒适性和驾驶操作性要求越来越高，汽车减震制品用量逐年增大。未来随着高档轿车产量增大，汽车用减震橡胶制品需求增长速度更快。一辆高档轿车用减震橡胶制品多达60件左右，同时品种、类型和用途不同，因此对材料的要求也是多样化的。由于汽车尾气排放标准不断提高，致使发动机和排气管的温度升高，用于这些部位的橡胶减震件需要采用耐热性能好的三元乙丙橡胶（EPDM）[1]。

但EPDM存在有效阻尼温度较低且区域较窄的不足，该问题的解决越来越受到重视[2-3]。改进橡胶阻尼性能常用的方法有共混、共聚及有机杂化等，其中有机小分子化合物与聚合物复合形成杂化网络结构体系被认为是一种制备高性能阻尼材料的新方法，受到广泛关注[4-7]。

1 实验

1.1 主要原材料

EPDM，牌号J-4045，中国石油吉林石化公司产品；纳米活性氧化锌，宝鸡天鑫工业添加剂有限公司产品；增粘树脂BH-1，无锡市宾王化工厂产品；增粘树脂CH-FE和增粘树脂CH-FR，上海加成有限公司产品；EPDM专用增粘树脂，山西化工研究所（有限公司）产品；增粘树脂GC和树脂王，广州来力实业有限公司产品；防老剂1010、防老剂1076和防老剂1520，巴斯夫（中国）有限公司产品。

1.2 试验配方

EPDM，100；活性氧化锌，5；硫黄，1.5；促进剂TMTD，1；促进剂M，0.5；增粘树脂（增粘树脂BH-1、增粘树脂CH-FE、EPDM专用增粘树脂、增粘树脂CH-FR、增粘树脂GC和树脂王）/酚类防老剂（防老剂1010、防老剂1076和防老剂1520），40。

1.3 试样制备

先将EPDM在双辊开炼机［辊距0.7 mm，辊温（35±5）℃］上塑炼至包辊（约1 min），再依次加入活性氧化锌、酚类防老剂、增粘树脂、硫化剂、促进剂，混炼均匀后下片。混炼胶停放24 h后在平板硫化机上硫化。

1.4 性能测试

动态力学性能（DMA）测试在美国TA仪器公司的2980动态力学能谱仪上进行，拉伸测试模式，频率5 Hz，升温速率3 ℃·min－1，温度范围－100～＋150 ℃，应变0.25%，试样尺寸10 mm×10 mm×6 mm。

2 结果与讨论

2.1 EPDM的阻尼性能

从EPDM的结构来看，其丙烯单体上的侧甲基导致分子链的空间位阻大，分子链在受到外力作用时内耗较大，因此EPDM具有阻尼性能。

EPDM的阻尼性能如图1所示（tanδ为损耗因子，tanδ大于0.3的温度范围表征阻尼性能）。从图1可以看出，EPDM的tanδ峰值为1.24，最大tanδ对应的温度为－31.5 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－42.0～－14.7 ℃，这表明EPDM的有效阻尼温度较低且区域较窄，因此EPDM作为阻尼材料的应用受到限制。

图1 EPDM的tanδ-温度曲线

2.2 EPDM/增粘树脂BH-1复合材料的阻尼性能

增粘树脂BH-1是热塑性的非反应型对-特辛基酚醛增粘树脂，是一种高效增粘剂，其叔丁基、苯环、端羟基空间位阻较大，与EPDM的侧甲基共同作用，可以提高复合材料的阻尼性能。

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增粘树脂BH-1是一种热塑性非反应型对-特辛基酚醛增粘树脂，其叔丁基、苯环、端羟基空间位阻较大，可以与EPDM的侧甲基作用发挥阻尼效能。

EPDM/增粘树脂BH-1复合材料的阻尼性能如图2所示。从图2可以看出：EPDM/增粘树脂BH-1复合材料有2个tanδ峰，第1个tanδ峰值为0.89，最大tanδ对应的温度为－23.9 ℃，tanδ大于0.3对应的温度范围是－38.5～－0.7 ℃；第2个tanδ峰值为0.2，最大tanδ对应的温度为89.4 ℃。与EPDM相比，EPDM/增粘树脂BH-1复合材料高温区域的阻尼性能提高，有效阻尼温域加宽。

图2 EPDM/增粘树脂BH-1复合材料的tanδ-温度曲线

2.3 EPDM/增粘树脂CH-FE复合材料的阻尼性能

增粘树脂CH-FE是改性的热塑性多元烷基苯酚-甲醛树脂，是高效增粘剂，其多元烷基、苯环空间位阻大，与EPDM的侧甲基共同作用，赋予复合材料极佳的初始粘性。

EPDM/增粘树脂CH-FE复合材料的阻尼性能如图3所示。从图3可以看出：EPDM/增粘树脂CH-FE复合材料有2个tanδ峰，第1个tanδ峰值为0.99，最大tanδ对应的温度为－33.1℃，tanδ大于0.3的温度范围是－41.6～－18.3 ℃；第2个tanδ峰值为0.41，最大tanδ对应的温度为127.9 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是114.8～138.6 ℃。与EPDM相比，EPDM/增粘树脂CH-FE复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图3 EPDM/增粘树脂CH-FE复合材料的tanδ-温度曲线

2.4 EPDM/EPDM专用增粘树脂复合材料的阻尼性能

EPDM专用增粘树脂为特定的烷基酚醛树脂，是热塑性增粘剂。

EPDM/EPDM专用增粘树脂复合材料的阻尼性能如图4所示。从图4可以看出：EPDM/EPDM专用增粘树脂复合材料有2个损耗峰，第1个tanδ峰值为1.02，最大tanδ对应的温度为－27.5 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－38.6～－7.7 ℃；第2个tanδ峰值为0.24，最大tanδ对应的温度为91.5 ℃。与EPDM相比，EPDM/EPDM专用增粘树脂复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图4 EPDM/EPDM专用增粘树脂复合材料的tanδ-温度曲线

2.5 EPDM/增粘树脂CH-FR复合材料的阻尼性能

增粘树脂CH-FR是烷基酚醛热塑性树脂，其与EPDM相溶性大，可改善EPDM的耐老化性能和化学稳定性，可使复合材料保持良好的粘性，对复合材料物理性能基本无影响。

EPDM/增粘树脂CH-FR复合材料的阻尼性能如图5所示。从图5可以看出：EPDM/增粘树脂CH-FR复合材料有2个损耗峰，第1个tanδ峰值为1.0，最大tanδ对应的温度为－26.9 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－38.4～－7.5 ℃；第2个tanδ峰值为0.27，最大tanδ对应的温度为92.7 ℃。与EPDM相比，EPDM/增粘树脂CH-FR复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图5 EPDM/增粘树脂CH-FR复合材料的tanδ-温度曲线

2.6 EPDM/增粘树脂GC复合材料的阻尼性能

增粘树脂GC是改性的热塑性多元烷基苯酚-甲醛树脂，属高效增粘剂。

EPDM/增粘树脂GC复合材料的阻尼性能如图6所示。从图6可以看出：EPDM/增粘树脂GC复合材料有2个损耗峰，第1个tanδ峰值为0.95，最大tanδ对应的温度为－33.0 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－41.7～－17.3 ℃；第2个tanδ峰值为0.41，最大tanδ对应的温度为130℃，tanδ大于0.3的温度范围是116.4～141.6 ℃。与EPDM相比，EPDM/增粘树脂GC复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图6 EPDM/增粘树脂GC复合材料的tanδ-温度曲线

2.7 EPDM/树脂王复合材料的阻尼性能

树脂王是叔丁酚与乙炔的缩合物，可以提高胶料的初粘性、存放粘性和湿热条件下的粘性。

EPDM/树脂王复合材料的阻尼性能如图7所示。从图7可以看出：EPDM/树脂王复合材料有2个损耗峰，第1个tanδ峰值为0.79，最大tanδ对应的温度为－33.0 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－39.6～－15.3 ℃；第2个tanδ峰值为0.54，最大tanδ对应的温度为137.6℃，tanδ大于0.3的温度范围是127.5～147.7 ℃。与EPDM相比，EPDM/树脂王复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图7 EPDM/树脂王复合材料的tanδ-温度曲线

2.8 EPDM/防老剂1010复合材料的阻尼性能

在EPDM/酚类防老剂复合材料中，受阻酚类防老剂的叔丁基、苯环、端羟基空间位阻较大，与EPDM的侧甲基共同作用，可提高复合材料的阻尼性能。

EPDM/防老剂1010复合材料的阻尼性能如图8所示。从图8可以看出：EPDM/防老剂1010复合材料有3个tanδ峰，第1个tanδ峰值为1.19，最大tanδ对应的温度为－33 ℃，tanδ大于0.3对应的温度范围是－42.7～－15.4 ℃;第2个tanδ峰值为0.32，最大tanδ对应的温度为68.3 ℃，tanδ大于0.3对应的温度范围是66.5～69.6 ℃；第3个tanδ峰值为0.09，最大tanδ对应的温度为102℃。与EPDM相比，EPDM/防老剂1010复合材料在高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图8 EPDM/防老剂1010复合材料的tanδ-温度曲线

2.9 EPDM/防老剂1076复合材料的阻尼性能

EPDM/防老剂1076复合材料的阻尼性能如图9所示。从图9可以看出：EPDM/防老剂1076复合材料有3个tanδ峰，第1个tanδ峰值为0.56，最大tanδ对应的温度为－30.3 ℃，tanδ大于0.3对应的温度范围是－38.9～－18.3 ℃；第2个tanδ峰值为0.2，最大tanδ对应的温度为55.4 ℃。与EPDM相比，EPDM/防老剂1076复合材料在高温区域的阻尼性能提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图9 EPDM/防老剂1076复合材料的tanδ-温度曲线

2.10 EPDM/防老剂1520复合材料的阻尼性能

EPDM/防老剂1520复合材料的阻尼性能如图10所示。从图10可以看出：EPDM/防老剂1520复合材料有2个tanδ峰，第1个tanδ峰值为1.41，最大tanδ对应的温度为－41.7 ℃，tanδ大于0.3对应的温度范围是－53.8～－25.9 ℃；第2个tanδ峰在高温区域，峰值较低，接近0.2，但跨越的温度范围很大，为20～150 ℃。与EPDM相比，EPDM/防老剂1520复合材料在高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图10 EPDM/防老剂1520复合材料的tanδ-温度曲线

2.11 EPDM/增粘树脂BH-1/树脂王/增粘树脂GC/防老剂1010复合材料的阻尼性能

不同增粘剂和防老剂对提高EPDM阻尼性能的能效不同。将多种增粘树脂和防老剂混合加入EPDM中，以考察其协同作用。

EPDM/增粘树脂BH-1/树脂王/增粘树脂GC/防老剂1010复合材料的的阻尼性能如图11所示。从图11可以看出：该复合材料有2个损耗峰，第1个tanδ峰值为0.75，最大tanδ对应的温度为－31.2 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是－40.5～－15.0 ℃；第2个tanδ峰值为0.44，最大tanδ对应的温度为92 ℃，tanδ大于0.3的温度范围是82.4～100.3 ℃。与EPDM相比，复合材料高温区域的阻尼性能明显提高，有效阻尼温域大幅加宽。

图11 EPDM/增粘树脂BH-1/树脂王/增粘树脂GC/防老剂1010复合材料的tanδ-温度曲线

3 结语

增粘树脂BH-1、增粘树脂CH-FE、EPDM专用增粘树脂、增粘树脂CH-FR、增粘树脂GC、树脂王、防老剂1010、防老剂1076、防老剂1520及其混合物均能显著提高EPDM的高温阻尼性能，拓宽有效阻尼温域。