汽车用EPDM/EVA共混密封胶料的研究

汽车用EPDM/EVA共混密封胶料的研究

苏朝化1， 田丰2， 王小磊3

(1.中原工学院, 郑州 450007； 2.河南机电高等专科学校, 河南 新乡 453003；

3. 河南乐山电缆有限公司， 河南 驻马店 463000)

摘要：以EPDM/EVA为主体材料、DCP/TAIC 为硫化体系、TMTD/DM为硫化促进剂、MB/DNP为防老剂、1010为抗氧剂、汽缸油/石蜡为软化剂、槽法炭黑为补强剂、超细滑石粉/碳酸钙为填充体系，制备汽车用EPDM/EVA共混密封胶料，对密封胶料性能进行了测定。结果表明：EPDM/EVA密封胶料性能优良，适用于汽车密封胶料的生产。

关键词：三元乙丙橡胶(EPDM)；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；汽车；密封材料

中图分类号：TQ333.4

文献标志码：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.03.016

Abstract：In this paper, the automobile sealent of the EPDM/EVA blend is studied. The material is prepared using EPDM/EVA as main body, DCP/TAIC as vulcanization system, TMTD/DM as vulcanization accelerator, MB/DNP as anti-aging system, 1010 as antioxidant, Cylinder oil/wax as the softener, Channel black as reinforcing system and Ultrafine talc/calcium carbonate as filler system. The properties of the automobile sealent material are demonstrated by a series of experiment means. The results indicate that the automobile sealent material is with excellent performance and is suitable for automobile sealant material production.

收稿日期：2015-03-30

基金项目：NSFC-河南人才培养联合基金项目(U1204509)

作者简介：杨子胜(1979-)，男，河南新乡人，讲师，硕士，主要研究方向为建筑工程管理与方案优选。

文章编号：1671-6906(2015)03-0072-04

目前，我国已成为汽车生产和销售的第一大国，汽车密封胶料的用量非常大。密封材料由于特殊要求，需具备较好的耐热、耐氧化、抗老化和物理机械性能。三元乙丙橡胶(EPDM)具有优良的耐老化性能，是汽车密封胶料的首选材料[1]。但是EPDM自粘性差、硫化速度慢，给生产加工带来一定的困难，而且价格昂贵。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有优良的加工性能，与EPDM相容性非常好，价格也较低。EVA与EPDM共混可显著改善EPDM的加工性能，使其具有优良的耐老化性、耐热性和耐寒性等性能，且能降低汽车用密封材料的价格[2]，因此研究EPDM/EVA共混密封胶料具有重要的意义。

1实验

1.1原材料

本文选用EPDM 2722和EVA460作为汽车用密封胶料的主体材料。

EPDM2722、EVA460：杜邦公司生产；TMTD(二硫化四甲基秋兰母)、DM(二硫化二苯并噻唑): 焦作腾飞助剂有限公司生产；ZnO：巩义市中南化工助剂厂生产；MB(2-硫醇基苯并咪唑)、DNP( N,N′-二-β-萘基对苯二胺)：华星(宿迁)化学有限公司生产；抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)：北京化工二厂生产；石蜡：上海石化公司生产；汽缸油：中石化洛阳分公司生产；DCP(过氧化二异丙苯)：天津市阿克苏化工公司生产；TAIC(三烯丙基异氰脲酸酯)：浏阳化工公司生产；碳酸钙：郑州腾达化工厂生产；超细滑石粉：江阴市广源超微粉有限公司生产；槽法炭黑：鞍山化工公司生产。

1.2制备工艺和性能测试

在开炼机上将不同组分的原材料进行混炼，将混好的胶料在165 ℃硫化机上模压25 min。在大规模生产中，混炼胶料及添加硫化剂在75 L捏炼机上进行。

试样性能按GB/T 2951.11-2008标准进行测试。

2结果与讨论

2.1EPDM/EVA配比对胶料性能的影响

由表1可知，当EPDM和EVA配比为88∶12时，共混胶料的拉伸强度和断裂伸长率较大。这是因为EVA添加量较多，EVA的拉伸强度和断裂伸长率比EPDM大的缘故。但是EVA添加量不能过多，因为EVA的密封性能及柔软性较EPDM差。因此，当EPDM和EVA配比为88∶12时共混胶料的综合性能较好。

表1　EPDM/EVA配比对胶料性能的影响

注：促进剂DM:1份； 促进剂TMTD:1份；活化剂ZnO:5份；硫化剂DCP：3.5份；硫化剂TAIC:3份；软化剂石蜡：4份；汽缸油：5份；防老剂DNP:3份； 防老剂MB:1份；抗氧剂1010：1份；超细滑石粉：60份；碳酸钙：40份；高耐磨炭黑：20份。

2.2硫化剂和助交联剂对胶料性能的影响

根据EPDM/EVA密封胶料加工性能要求，本研究将DM和TMTD并用以达到硫化促进的作用。将DCP作为硫化剂。其硫化胶具有良好的动态性能，压缩永久变形小，弹性和耐老化性能均较好。助交联剂对EPDM/EVA胶料性能的影响如表2所示。

由表2可知，有机过氧化物DCP与助交联剂并用可降低永久变形及断裂伸长率，使拉伸强度提高。 TMPTMA、 EDMA等甲基丙烯酸的酯类共硫化剂会缩短EPDM/EVA的焦烧时间；TAIC、TAC烯丙酯类共硫化剂则不会影响EPDM/EVA的焦烧时间，是EPDM/EVA理想的助交联剂[3]，因此助交联剂采用TAIC。综合考虑，DCP的合适用量为3～4份，TAIC合适用量为2.5～3.5份。

表2　助交联剂对胶料性能的影响

注：基本配方为EPDM:88份；EVA:12份；促进剂DM:1份；TMTD:1份；活化剂ZnO:5份；硫化剂DCP：3.5份；软化剂石蜡：4份；汽缸油：5份；防老剂DNP:3份,MB:1份；抗氧剂1010：1份；超细滑石粉：60份；碳酸钙：40份；高耐磨炭黑：20份。

DCP受热会产生游离基，引起交联反应，在有酸性物质的情况下，DCP易发生离子型分解，降低其利用效率，且进一步加速聚合物的分解，因此本配方体系不添加酸性物质[3]。

2.3补强填充体系

根据橡胶的加工性能，采用槽法炭黑作为本配方的补强剂。为改善混炼及挤出工艺性能，降低材料成本，需要添加一定的填充剂。碳酸钙和超细滑石粉能使胶料具有良好的挤出加工性能，因此，采用碳酸钙和超细滑石粉作为本配方体系的填充剂。

由表3可知，在EPDM/EVA中添加槽法炭黑对胶料的补强效果很好，但添加量太大时，粘度较大，在混炼过程中胶料热量也比较大，使加工难以进行[4]。添加填充剂可降低材料成本，增加材料体积，改善材料性能。超细滑石粉及碳酸钙用量增大，材料的密度增大，断裂伸长率和拉伸强度变小，门尼粘度增加；用量过多时，门尼粘度太大，生产加工不宜进行。

槽法炭黑添加量为15～25份，超细滑石粉和碳酸钙的添加量分别为50～70份和30～50份。

2.4防老剂和抗氧剂

EPDM/EVA密封材料容易发生耐候老化，因此，有必要引入抗氧剂和防老剂以获得比较理想的防老化效果。

根据材料加工性能和耐候性能要求，本研究体系防老剂选用MB和DNP，抗氧剂选用1010[4]。

表3　补强填充剂对胶料性能的影响

注：基本配方为EPDM:88份；EVA:12份；促进剂DM:1份,TMTD:1份；活化剂ZnO:5份；硫化剂DCP：3.5份；TAIC：3份；软化剂石蜡：4份；汽缸油：5份；防老剂DNP:3份,MB:1份；抗氧剂1010：1份。

2.5活化剂

氧化锌(ZnO)作为汽车密封材料的活化剂，能加快胶料硫化速度，提高硫化程度，使胶料拉伸强度增加，提高材料耐温性能[5]。氧化锌用量为5份。

2.6软化体系

根据EPDM/EVA密封材料加工性能要求，本配方软化体系为汽缸油及石蜡[6]。

2.7优化配方

确定汽车用EPDM/EVA密封胶料的优化配方为：EPDM：88份;EVA：12份;促进剂DM：1份；TMTD：1份；活化剂ZnO：5份；硫化剂DCP：3.5份；TAIC：3份；软化剂石蜡：4份，汽缸油：5份；防老剂DNP：3份，MB：1份；抗氧剂1010：1份；槽法炭黑：20份；超细滑石粉：60份；碳酸钙：40份；其他：3份。根据优化配方制备密封胶料，测试其性能，如表4所示。

3混炼工艺

材料混炼在75 L捏炼机上加工。

一段混炼(7～9 min)的加料顺序为：EPDM、EVA、抗氧剂、防老剂、活性剂、促进剂、超细滑石粉、碳酸钙、槽法炭黑、石蜡、汽缸油；最后排胶(约125 ℃)。

二段混炼(3～4 min)的加料顺序为：一段混炼胶、TAIC 、DCP；最后排胶(约115 ℃)[3]。

EPDM/EVA密封胶料一段排胶温度比EPDM密封胶料排胶温度低5℃，二段排胶温度与EPDM密封胶料排胶温度相同。在混炼过程中设备负荷稳定并且较小，说明EPDM/EVA密封胶料混炼工艺性能优良。

表4　优化配方胶料的性能

4汽车密封胶条性能

研究了汽车密封胶条，优化了配方工艺，获得的胶条外观均匀，表面光滑，性能达到指标要求(见表5)。

由表5可知，EPDM/EVA密封胶条主要性能指标比EPDM密封胶条主要性能指标好，说明EPDM/EVA密封胶条性能优良。而且，汽车用EPDM/EVA共混密封胶条价格比汽车用EPDM密封胶条价格下降2 250元/t。

表5　汽车密封胶条性能

5结语

(1)以EPDM/EVA为主体材料、DCP/TAIC 为硫化体系、TMTD/DM为硫化促进剂、MB/DNP为防老化剂、1010为抗氧剂、汽缸油/石蜡为软化剂、槽法炭黑为补强剂、超细滑石粉/碳酸钙为填充体系，制备出性能优良的汽车密封胶料，已用于汽车密封胶料的实际生产。

(2)研制出的汽车用EPDM/EVA共混密封胶料，物理机械性能优良，工艺性能满足生产标准要求。

(3)研制出的汽车用EPDM/EVA共混密封胶料价格比汽车用EPDM密封胶料有大幅度的下降。

参考文献:

[1]李长林，刘为民．我国汽车用橡胶密封条的生产现状和发展趋势[A]//2001年全国橡胶制品技术研讨会论文集[C]．北京：中国化工学会橡胶专业委员会，2001：38-42．

[2]吴道虎，李敬武. EPDM/EVA无卤阻燃绝缘材料的开发与应用[J].橡胶工业，1996,43(5):270-272.

[3]王春江.电线电缆手册[M].北京：机械工业出版社，2002．

[4]卢洋，段宏，原晓城，等．EPDM配合体系的研究[J]．橡胶工业，2006,53(7)：414-416．

[5]盛晓．活性氧化锌在桥车门窗密封条海绵胶中的应用[J]．橡胶工业，2006,53(7)：420-423．

[6]肖风亮，李翔宇. 橡胶密封制品[M]. 北京：化学工业出版社，2009.

(责任编辑：席艳君)

Study on the Automobile Sealent of the EPDM and EVA Blend

SU Chao-hua1， TIAN Feng2， WANG Xiao-lei3

(1.Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007;

2.Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453003;

3.Henan Leshan Cable Co.,Ltd., Zhumadian 463000, China)

Key words:EPDM； EVA； automobile； sealant material