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EPDM耐热橡胶制品配方的研究与设计

时间:2019-06-21483 次浏览

信息摘要:用三元乙丙橡胶(简称EPDM)为主体材料,研究、设计、试验优选出物理机械性能较好的基本配方。用以生产加工制造耐热、耐过热水蒸汽的橡胶制品。

大家用三元乙丙橡胶(简称EPDM)为主体材料,研究、设计、试验优选出物理机械性能较好的基本配方。用以生产加工制造耐热、耐过热水蒸汽的橡胶制品。如:蒸汽管路中的各种规格尺寸不同的蝶型阀门内橡胶件等耐热制品。

EPDM具有突出的耐热,耐过热水蒸汽,耐臭氧、耐天侯老化等性能,尤其是耐热老化性能好,可以在120℃的环境中长期使用,其更高温度为150℃,短期或间歇使用可耐200℃的高温。可以说EPDM耐热老化性是现有通用橡胶中更好的。下面大家把用EPDM耐热橡胶制品研究、设计及试验先容如下,供作参考。

1、原材料的选择

1.1硫化体系

在硫化体系上,大家选择了比较耐热老化的硫磺给予体体系硫化,即以硫载体代替硫黄对EPDM胶料进行交联。采用促进剂TMTD作硫化剂。促进剂TMTD是有机载硫体,其加热至100℃以上可慢慢分解析出活性硫,有效硫含量为13.3%,一个TMTD分子上只有一个硫原子能够脱掉,这样可使硫化胶的橡胶烃分子之间形成C-S-C单硫键,从而有效地防止硫化胶的硫化后交联老化。并用了促进剂CZ,它具有硫化起点慢,抗焦烧性优良,又有硫化速度快,不喷霜,提高硫化胶的耐老化性能。而不采用过氧化物硫化体系,虽能使橡胶耐热,耐老化性能优异,但该体系有臭味,硫化速度慢,抗撕裂性能低,价格较高等缺点;而不采用硫黄硫化体系,虽其橡胶力学性能好,但有耐热性、变形差的弱点。大家所釆用的硫磺给予体硫化体系正克服和改善了以上所不采用的硫化体系的弱点和不足。

在硫磺给予体硫化体系中,还应用了无机活性剂ZnO,它在EPDM中有良好的导热作用又起到协调促进剂发挥促进硫化的作用。它与TMTD反应生成锌盐,可加快硫化速度,改善硫化胶的物理机械性能,应用了有机活性剂硬脂酸与氧化锌相结合,则有促进硫化作用。试验证明,选择上述有机硫化体系用以硫化耐热橡胶制品是优良的。

1.2补强填充休系

因所采用三元乙丙橡胶属于非结晶性橡胶,若不加补强剂,则硫化胶的物理机械性能低,没有使用价值。在应用不同的补强剂,其活性、结构对硫化胶的性能影响大,又以加工性能上考虑,应用了补强剂高耐磨妒黑,其具有加工性能好、硫化胶强度高、耐磨性能好的特点,有助于硫化胶在性能上稳定、提高。又并用了少量的白炭黑及活性陶士,改善炭黑在胶料中分散均匀性及易炼胶混炼性。

1.3防老体系

若使耐热橡胶制品在使用过程当中的耐热性长期稳定,就必须选择高效耐热型防老剂,应用了防老剂RD,防老剂BLE及防老剂MB并用防护体系,其相互协调作用耐热,耐热化效果好。

1.4增盟软化体系

为了胶料便于加工,改善硫化胶的性能,需要加入一定的增塑软化剂。而大部分软化剂对耐热有一定的影响,又较低分子量的软化剂很容易迁移渗出及挥发,导致橡胶制品性能下降,大家应用了在使用温度下具有热稳定性及不挥发性、闪点较高的石蜡油和古马隆树脂并用。石蜡油既是增塑软化剂,又是防老剂。它们的并用加入在橡胶中有良好的相溶性,增加胶料的粘着性,有助于各种配合剂的分散和降低混炼温度,有良好的加工性能,改善硫化胶的性能。

2、实验与订论

2.1验用主要原材科

EPDM: 4045 日本三井株式会社

高耐磨炉黑 鞍山炭黑厂

石蜡油 抚顺石油化工厂

ZnO、促进剂TMTD、促进剂CZ 沈阳化工厂

其它材料均为本市化轻企业经销。

2.2试验设备、仪器及检测方法

XK-160开放炼胶机;25t电加热双层平板硫化机;XQ-250橡胶强力试验机; YheoTECH硫变仪。

检测方法按标准试验方法进行检测。

2.3配方试验设计及基本配方

通过对采用EPDM及配合剂进行多次配合试验,大家认为促进剂TMTD、促进剂CZ、活性剂ZnO、补强剂高耐磨炉黑、软化剂石蜡油5种配合剂的交互作用对EPDM硫化胶性能影响较大,它们在配方中的用量较难确定。为此,在试验、调整配方的基础上,对上述配合剂进行变量试验,按正交设计法Lq(3的五次方)设计出5种配合剂在配方中的用量如表1所示,相对应的硫化特性和物理机械性能结果如表2所示。

橡胶制品配方表

橡胶制品试验表

从表2试验结果可以看出,综合性能好的有5#、6#、9#,故将其它配方舍去。又对5#、6#、9#进行复试比较,复试结果证实,9#配方物理机械性能较稳定,来做为EPDM橡胶耐热耐过热水蒸汽制品的基本配方。

基本配方     单位:份

EPDM(4045)    100

促进剂TMTD    2.5

促进剂CZ      4.0

硫化活性剂    12

防老剂        4.0

补强填充剂    70

增塑软化剂    20

合计          212.5

2.4加工工艺

由于EPDM自粘性差,混炼时不易包辊,需要采用小辊距,滚压成连续片状,使其包辊后略放宽辊距,进行加料混炼,因在胶料配方材料配合上采用硫黄给予体体系硫化,促进剂TMTD其硫化临界温度低(100~102℃)在加工中防止胶料焦烧,在混炼后期加入,同时要控制加入时的湿度和时间。混炼温度为40~55℃。EPDM生热大、升温快,应开通设备上的冷却水来控制辊筒湿度及胶料温度。

3、结论

(1)采用三元乙丙橡胶适用于制做耐热、耐过热水蒸汽的橡胶制品的主体材料。

(2)应用硫黄给予体体系硫化,能克服过氧化物及硫磺为主的体系硫化的缺点,并能提高三元乙丙橡胶的耐热稳定性能。

(3)通过应用正交试验法,设计、优选出物理机械性能较好的基本配方,用以生严加工耐热、耐过热水蒸汽的橡胶制品。


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