三元乙丙止水带胶料关于压缩变形性能的研究

尹婷

(衡橡科技股份有限公司，河北 衡水 053000)

橡胶止水带是利用橡胶具有高弹性和压缩变形性的特性，在各种载荷下产生弹性变形，从而起到有效紧固密封，防止建筑结构的渗水、漏水及减震缓冲作用。三元乙丙橡胶制作的止水带具有耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸气、耐腐蚀、电绝缘等优点，可在120℃下长期使用。因此被广泛应用在建筑、水利、桥梁等工程中。

近几年，生产企业模压生产的止水带压缩永久变形合格率较高，但是采用高生产效率的挤出微波生产时，该项技术指标波动大，如何控制产品质量成为了该产品的一个发展瓶颈。为了解决这个现状，本文从生产配方角度控制产品质量，主要从三元乙丙橡胶的牌号、补强剂、硫化剂、促进剂等方面做了对比试验，优选最佳配方。

1 试验

1.1 主要原材料

三元乙丙胶：S600WF,韩国SK，4045,吉林石化；炭黑：金能科技股份有限公司/龙星化工股份有限公司；硬脂酸、氧化锌、防老剂、过氧化二异丙苯、硫磺、促进剂、增塑剂均为市售工业级产品。

1.2 仪器及设备

XK-160型开放式炼胶机，青岛业飞机械有限公司；平板硫化机，江都市精辉试验机械厂；微机控制电子万能试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司；401A型热老化试验箱，南通中良实验仪器有限公司。

1.3 性能测试

所有性能均符合GB 18173.2，《高分子防水材料》第2部分止水带中B、S指标。见表1。

硬度测试按GB/T 531.1标准执行；拉伸强度、扯断伸长率测试按GB/T 528标准执行；撕裂强度测试按GB/T 529标准执行；压缩永久变形测试按GB/T 7759.1标准执行；脆性温度测试按GB/T 1689标准执行；热空气老化测试按GB/T 3512标准执行；耐臭氧老化测试按GB/T 7762标准执行。

1.4 试样制备

按照配方轧制母炼胶，混炼均匀后薄通打三角包4次并下片，室温下停放24 h后，在平板硫化机上硫化，硫化条件为163℃×10 min。

2 材料的选择

2.1 三元乙丙牌号的选择

不同牌号的三元乙丙橡胶随着乙烯含量的增大，三元乙丙硫化胶高温压缩永久变形变化不大，但低温压缩永久变形明显增大[1]，这是因为高乙烯含量降低了胶料的回弹性，增加了胶料的结晶性，结果压缩永久变形增大，因此乙烯含量不宜过高（大约在50%～60%）[2]。另外要想使胶料具有较低的压缩永久变形，要尽量避免使用高结晶度的的EPDM橡胶[3]。

表1 止水带物理性能

故选择如下厂家生产的不同牌号三元乙丙橡胶组合后乙烯含量在50%～60%左右的胶料做对比试验，牌号见表2。

2.2 补强填充剂的选择

填充剂对压缩永久变形的影响一般规律为：炭黑＜非炭黑，低结构＜高结构，大粒子＜小粒子[4]。故选用低结构炭黑作为补强填充剂。又有使用中补强或低补强性炭黑，如快压出炭黑、半补强炭黑、中粒子炭黑，用量不宜过高，可提高三元乙丙橡胶回弹性，并降低胶料压缩永久变形[2]；另由于快压出炉黑等快挤出炭黑适用于挤出胶料[5]。故这里选用快压出炉黑作为主要补强填充剂，另选对半补强炉黑、中粒子裂解法炭黑进行对比，见表3。

表2 三元乙丙胶料牌号对比

表3 不同炭黑牌号的对比

由表3可以看出，选用快压出炭黑+中粒子裂解法炭黑的3#配方比快压出炭黑+半补强炭黑的4#配方，虽然高温压缩变形值几乎没有变化，但是常温压缩变形高了12.14%，说明半补强炭黑比中粒子裂解法炭黑可以更有效提高胶料的回弹性，降低胶料的压缩变形值。故选用快压出炭黑+半补强炭黑并用作为此次试验的补强填充剂。

2.3 硫化剂的选择

众所周知，过氧化物硫化体系的三元乙丙硫化胶料具有稳定的C-C交联键，键能高，热、化学稳定性高，具有优异的抗热氧老化性能，高温下硫化速度快，且无硫化返原现象，硫化胶压缩永久变形低，大多数过氧化物不易喷霜，且胶料储存时无焦烧危险。

而过氧化二异丙苯（DCP），价格便宜，具有中等硫化速度，较高的交联效率和良好的焦烧安全性。故选用过氧化二异丙苯（DCP）进行硫化。

2.4 硫化促进剂的选择

为了提高硫化速率、改善胶料物理机械性能，使胶料的压缩永久变形进一步减小，选出更优的配方，需要选用合理的交联助剂，进一步提高交联密度，重点对硫化促进剂进行了选择并试验。促进剂选用耐热性能好、生热低、抗硫化返原并能改善胶料低压缩永久变形的HAV-2，三烯丙基异三聚氰酸酯TAIC，以及新型促进剂EG-20，并加入少量的硫磺或硫磺给予体。

2.5 软化剂的选择

在低压缩永久变形胶料中，软化剂的用量应尽可能少，以高沸点、低挥发性石蜡油为主，因为环烷油类软化剂会影响过氧化物的硫化，降低了交联网络的交联密度，使胶料的压缩永久变形增大[2]。故这里选用石蜡油作为软化剂。

3 配方的设计

橡胶配方设计方法分为两种，一是单因素变量设计，即在研究某一单一试验因子，如促进剂、炭黑、防老剂或某一新型原材料，在某一变量区间内，确定哪一个值的性能最优。这样的设计方法主要包括：黄金分割法（0.618法）、平分法（对分法）、分数法、分批试验法、抛物线法、爬山法。二是多因素变量设计，主要有：坐标轮换法、平行线法、矩形法、多角形试验设计法、三角形对影法、列线图法、等高线图形法、拉丁试验设计法、正交试验设计法和中心复合试验设计法等。

在大多数橡胶配方研究中，需要同时考虑两个或两个以上的变量因子对橡胶性能的影响规律，这无疑使得研究问题变得更复杂，试验次数也将增多，用单因素变量设计试验次数多，已不能满足需要。这里采用正交试验设计对配方的三元乙丙胶料含量、补强填充剂含量及硫化体系进行优化。该方法对实验方案进行最优设计，以降低实验误差，减少实验工作量，对结果进行科学分析，以选出理想配方。

因子水平表见4。

表4 因子水平表

对比试验结果见表5。

高温压缩变形值均合格，故对常温压缩变形值结果进行分析见表6。

表5 正交实验法对不同组合的胶料的对比

表6 试验方案及结果分析

由表6可以看出A1B1C2D2组合常温压缩变形值性能最好。故选择该组合并轧制胶料进行试验验证，结果见表7。

表7 正交实验法试验验证结果

4 结论

综上所述，说明采用合适的胶种及合理的配方，经过正交实验法选择的试验配方满足现有三元乙丙止水带胶料挤出微波生产的低压缩变形的要求。

[1]徐加勇，马晓鹏，袁玉虎.乙烯含量对三元乙丙橡胶性能的影响[J].橡胶工业，2012,56(8):487～489.

[2]唐斌，李晓强，王文进.乙丙橡胶应用技术[M].化学工业出版社，2005,5:167～170.

[3][美]约翰S.迪克.提高橡胶胶料性能实用方案1500例[M].机械工业出版社，2013,2:31～36.

[4]翁国文.实用橡胶配方技术[M].化学工业出版社，2008,3:223～232.

[5]杨清芝.实用橡胶工艺学[M].化学工业出版社，2005,4:67～69.