国产乙丙橡胶4045性能的研究*

李金鹰，赵 晶，孙文秀，刘 权，孙亚斌，孙聚华，王积悦，邹向阳

(中国石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

乙丙橡胶分为二元乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM)，前者是乙烯和丙烯的共聚物，后者是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物[1-3]，由于其分子主链是饱和的，只是侧链上含有少量的不饱和双键，使其具有良好的耐臭氧、耐热、耐候老化以及优异的电绝缘性能[4-7]，而且密度(0.86～0.87 g/cm3)很小，能填充大量的填料和油，而其性能基本不受影响[8]。因此，EPDM被广泛地用于汽车、电力、家电和建筑等行业，是合成橡胶中发展最快的胶种之一，其生产能力和产耗量仅次于丁苯橡胶和顺丁橡胶，居七大合成橡胶品种中的第3位[9-10]。

吉林石化公司有机合成厂是国内最早生产乙丙橡胶的生产厂，目前建成3套生产装置，总生产能力为85kt/a，采用己烷为溶剂，氢气为分子质量调节剂，在Ziegler-Natta催化剂的作用下，乙烯、丙烯和非共轭二烯烃依照配位聚合机理进行共聚合反应。聚合反应完成后，所得到的溶液经过水洗去除残留的催化剂，再经过闪蒸提浓分离出溶剂，最后聚合物经挤压干燥制成粒状或块状产品[10]。

4045是吉林石化公司诸多乙丙橡胶牌号之一，其门尼黏度、乙烯含量适中，相对分子质量分布宽，综合性能优异，在电线电缆、汽车胎侧、饮用水密封件等方面得到广泛的应用。

本文以吉林石化公司生产的乙丙橡胶4045为基础，考察了石蜡油、炭黑对其性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

EPDM：牌号4045，吉林石化公司产品；石蜡油2280：工业级，衡水圣康化工有限公司产品；炭黑N330、N550、N774：天津金秋实化工有限公司产品；硫黄、促进剂TT和促进剂M均为市售工业品。

1.2 仪器设备

XSM-500橡胶密炼机：上海科创橡塑机械设备有限公司；ZG160开炼机：东莞市正工机电设备科技有限公司；XLB 400×400平板硫化机：青岛锦九洲橡胶机械有限公司；SMV-300RT门尼机：日本岛津公司；橡胶分析仪：德国高特德公司；AI-7000S电子拉力机：台湾高铁科技股份有限公司；GT-7016A冲片机：台湾高铁科技股份有限公司；LX-A橡胶硬度计：上海六菱仪器厂。

1.3 实验配方

实验配方(质量份)为：EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；石蜡油2280、炭黑为变量。

1.4 试样制备

将EPDM、氧化锌、硬脂酸、石蜡油2280和炭黑按2倍配方量加入到橡胶密炼机中，密炼机转数为70 r/min，密炼时间为5～6 min，150 ℃排胶；再将上述的密炼胶加入到开炼机双辊之间，包辊后，加入2倍配方量的硫黄、促进剂TT和促进剂M，辊温控制在40～50 ℃，辊间距为0.5 mm，两侧各三刀，打3个三角包和6个卷，辊间距调到2 mm，下片；停放16 h后，称取一定量的混炼胶在平板硫化机上于160 ℃下硫化30 min，再停放16 h后进行性能测试。

1.5 性能测试

拉伸强度按GB/T 528—2009进行测定，撕裂强度按GB/T 529—2008进行测定，拉伸速率均为500 mm/min；邵氏 A硬度按GB/T 531.1—2008进行测定；门尼黏度按GB/T 1232.1—2000进行测定，测试条件为100 ℃×(1+4)min；正硫化时间(t90)按GB/T 16584—1996进行测定，测试条件为160 ℃×40 min。

2 结果与讨论

2.1 石蜡油2280的用量对4045性能的影响

石蜡油2280是乙丙橡胶配合过程中常用的一种软化剂，它的加入可以降低橡胶分子间的作用力，提高大分子的运动性，通过软化剂对各种填料(特别是粉状配合剂)表面的润湿作用，可促进填料的分散，降低混炼胶的黏度，提高混炼胶的可塑性，节省加工的能耗，从而使混炼胶的混炼、挤出、压延和充模流动性等加工性能得到改善。从图1可以看出，随着石蜡油2280用量的增加，混炼胶的门尼黏度随之在减小，有利于改善生胶的加工流动性；但混炼胶的t90却随着石蜡油2280用量的增加而增大，这必将延长相同温度下混炼胶的硫化时间。在这里，石蜡油2280起稀释剂作用，在其它用量恒定时，增加石蜡油2280的用量，自然降低硫化剂的有效浓度，表现出t90增大；同时也稀释了混炼胶黏度，使之门尼黏度降低，加工更容易。

石蜡油2280用量/份(a)

石蜡油2280用量/份(b)(EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；炭黑 50；石蜡油 变量)图1 石蜡油2280对乙丙橡胶4045加工性能的影响

石蜡油的加入，在改善生胶加工性能的同时，也使混炼胶的某些物理机械性能有所改变，如图2所示。

石蜡油2280用量/份(a)

石蜡油2280用量/份(c)

石蜡油2280用量/份(d)(EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；炭黑 50；石蜡油 变量)图2 石蜡油2280的用量对乙丙橡胶4045物理机械性能的影响

从图2可以看出，随着石蜡油2280用量的增加，除了扯断伸长率随之增加外，硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力、撕裂强度和硬度均随之降低。

2.2 炭黑N550的用量对4045性能的影响

乙丙橡胶属于非自补强性橡胶，需加入炭黑等补强剂进行补强后才有较好的综合性能。炭黑N550的用量对乙丙橡胶4045性能的影响如图3和图4所示。

炭黑N 550用量/份(a)

炭黑X 1550用量/份(b)(EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；石蜡油10；炭黑 变量)图3 炭黑N550的用量对乙丙橡胶4045加工性能的影响

由图3可以看出，随着炭黑N550用量的增加，混炼胶的门尼黏度随之增加，混炼胶的加工流动性相应变差；而t90却随之减小，这必将缩短了相同温度下混炼胶的硫化时间。这是由于随着炭黑用量的增加，炭黑粒子增多，炭黑粒子间接触的几率增大，炭黑粒子间距相对缩小，从而导致炭黑粒子之间以及炭黑与橡胶之间相互作用增大，此时的炭黑起增稠剂作用，因此混炼胶的门尼黏度增大，加工更加困难。此外，由于炭黑用量越多，加工时生热越大，且N550为炉法炭黑，本身具有碱性，从而缩短了t90；虽然大量填充炭黑也会对硫化剂产生稀释作用，降低硫化剂在混炼胶中的有效浓度，从而延长硫化时间[11]，但在一定范围内与缩短t90相比，其作用是有限的。

N550用量/份(a)

N550用量/份(b)

N550用量/份(c)

N550用量/份(d)(EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；石蜡油10；炭黑 变量)图4 炭黑N550的用量对乙丙橡胶4045物理机械性能的影响

由图4可以看到，炭黑的加入，极大地改变了乙丙橡胶4045硫化胶的物理机械性能。随着炭黑N550用量的增加，硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力和硬度均随之增加；而硫化胶的扯断伸长率和撕裂强度均是随之先增加后降低，在某一炭黑加入量时存在一个峰值。

2.3 炭黑型号对EPDM性能的影响

不同型号的炭黑具有不同的理化性能，炭黑品种对混炼胶加工性能及硫化胶物理机械性能的影响如表1所示。

表1 炭黑型号对乙丙橡胶4045性能的影响1)

1) EPDM 100；氧化锌 5；硬脂酸1；硫黄 1；促进剂TT 1；促进剂M 0.5；石蜡油10；炭黑 50。

由表1可以看出，不同炭黑对4045加工性能的影响不同。炭黑N330的t90相对较短，但其混炼胶的门尼黏度相对较大，这是因为N330呈较强的碱性，起促进硫化的作用；但又由于N330的粒径相对较小，比表面大且粗糙，结合的橡胶分子较多且活动空间较小，致使其混炼胶的门尼黏度较高，在加工过程中表现为功率消耗大、炭黑的混入时间长、分散性不好、可填充量小等问题。

由表1还可以看出，炭黑品种不同，4045硫化胶的物理机械性能相差较大。其中N330填充的4045硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力、撕裂强度和硬度均较大。炭黑对橡胶的补强作用与炭黑粒径大小、炭黑结构性、化学活性和表面化学性质有关[12]。一般来说，粒径越小，比表面积越大，活性点越多，结合橡胶数量越多，物理机械性能也就越好。在所研究的炭黑中，其粒径大小顺序为N330

3 结 论

(1) 随着石蜡油用量的增加，混炼胶的正硫化时间延长，门尼黏度减小；除了扯断伸长率外，硫化胶的其它物理机械性能随之下降。

(2) 随着炭黑用量的增加，混炼胶的正硫化时间缩短，门尼黏度增加；硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力和硬度增大；扯断伸长率和撕裂强度先增大后减小，存在着最大值。

参 考 文 献：

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Abstract： This paper studied the effect of paraffin oil and carbon black on the performance of domestic EPDM 4045.The results showed that the paraffin oil can improve the processing performance of the 4045 and increase the elongation at break,but it can reduce the mechanical properties of the 4045；carbon black can reduce the processing performance of the 4045,however,it can increase tensile strength and modulus at 300% elongation of the 4045 vulcanized rubber；furthermore,the 4045 vulcanized rubber will have a peak of tear strength or elongation at an amount of carbon black.

Keywords： EPDM；paraffin oil；carbon black；mechanical properties