王巧玲，季承遠(yuǎn)，于世長(zhǎng)，高光濤

（青島科技大學(xué) 橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266042）

減震橡膠是指防止振動(dòng)、沖擊傳遞或起緩沖作用的硫化橡膠制品，可最大限度地減輕機(jī)械振動(dòng)和降低機(jī)械噪聲，提高工作效率，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備及構(gòu)筑物的振動(dòng)隔離[1-2]。減震橡膠制品所用橡膠材料的動(dòng)靜剛度比對(duì)振動(dòng)傳遞和減震效果有較大影響。硬度越大，橡膠材料的靜剛度越大，回彈性越好，動(dòng)剛度越小，振動(dòng)傳遞效果越好，則動(dòng)剛度與靜剛度的比值即動(dòng)靜剛度比越小越好[3]。減震墊、海綿等多種發(fā)泡橡膠制品通常是在周期性交變應(yīng)力條件下工作的。為保證橡膠制品使用的安全性和可靠性，研究發(fā)泡材料的硬度與動(dòng)靜剛度比之間的關(guān)系具有極其重要的意義[4-5]。硬度表征材料抵抗彈性變形、塑性變形、劃痕或破裂等一種或多種作用同時(shí)發(fā)生的能力，通過測(cè)定硬度，不僅可方便地鑒定一系列硫化橡膠產(chǎn)品的固化效果和均勻性，還可適用于跟蹤分析橡膠材料老化、污染與微孔等問題[5]。

三元乙丙橡膠（EPDM）通常是采用硫黃硫化體系、過氧化物硫化體系等硫化[7-8]。其中用硫黃硫化EPDM時(shí)硫化速率適宜，硫化膠的綜合性能較好，成本較低，因此在EPDM的加工工業(yè)中約80%都采用硫黃硫化體系[9]。但通常用硫黃硫化EPDM時(shí)要求第三單體的含量高且只用硫黃硫化所需的時(shí)間較長(zhǎng)，需加入助硫化劑及配合劑以提高硫化效率、改善硫化膠的物理性能。過氧化物硫化體系可以硫化二烯烴類和非二烯烴類橡膠，其所形成的交聯(lián)鍵是C—C鍵，鍵能比硫黃硫化體系的單硫、雙硫和多硫鍵大，因此過氧化物硫化的硫化膠耐熱性能優(yōu)異，壓縮永久變形小，不易噴霜，不會(huì)像硫黃硫化體系產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象，但硫化膠的拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能、耐疲勞性能較差[10]。本試驗(yàn)探究炭黑及硫化體系對(duì)EPDM發(fā)泡減震制品硬度與動(dòng)靜剛度比的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EPDM，牌號(hào)4045，中國(guó)石油吉林石化公司產(chǎn)品；炭黑N330和N550，美國(guó)卡博特化工有限公司產(chǎn)品；發(fā)泡劑AC，常州永新精細(xì)化學(xué)有限公司產(chǎn)品；石蠟油，牌號(hào)sunpar 2280，美國(guó)太陽石油公司產(chǎn)品；Rhenogran S-80，硫黃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8，萊茵化學(xué)有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑，實(shí)驗(yàn)室復(fù)配。

1.2 配方

EPDM 100，氧化鋅 5，硬脂酸 1，石蠟油 10，防老劑4020 1，防老劑RD 1，發(fā)泡劑AC 2，復(fù)配促進(jìn)劑 4.5，炭黑 變品種、變量，硫化劑DCP 變量，硫黃 變量。

1.3 主要設(shè)備和儀器

SK-160B型雙輥開煉機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；XSM200型橡塑試驗(yàn)用密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；GT-M2000-FA型無轉(zhuǎn)子硫化儀和MV-2000型門尼粘度儀，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；HS1007-RTMO型平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技有限公司產(chǎn)品；LX-A型橡膠硬度計(jì)，上海六菱儀器廠產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

設(shè)定密煉機(jī)初始溫度為60 ℃、轉(zhuǎn)速為60 r·min-1。按常規(guī)工藝順序加料混煉，排膠溫度約143 ℃?；鞜捘z在開煉機(jī)上下片，冷卻，然后在開煉機(jī)上加發(fā)泡劑、硫黃和促進(jìn)劑，下片停放24 h備用。用硫化儀測(cè)定硫化曲線，轉(zhuǎn)子擺動(dòng)弧度為1°，轉(zhuǎn)子擺動(dòng)頻率為1.67 Hz。由硫化曲線確定正硫化時(shí)間，然后用平板硫化機(jī)進(jìn)行硫化，硫化溫度為170 ℃。

1.5 性能測(cè)試

門尼粘度和硬度按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；交聯(lián)密度根據(jù)Flory-Rehner[11]公式進(jìn)行計(jì)算；發(fā)泡材料的動(dòng)靜剛度比采用MTS系統(tǒng)公司的MTS 831.50型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 填充體系

炭黑品種和用量對(duì)膠料性能的影響見表1。

從表1可以看出，炭黑N330和N550填充EPDM混煉膠的門尼粘度隨填充量的增大而增大，且填充炭黑N330的膠料門尼粘度大于填充炭黑N550的膠料。這是由于炭黑N330的比表面積大，與橡膠間的接觸面積大，對(duì)橡膠分子鏈產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用，產(chǎn)生的結(jié)合膠多，更大程度地降低了橡膠彈性，因而填充炭黑N330的膠料門尼粘度較填充炭黑N550的大。

表1 炭黑品種和用量對(duì)膠料性能的影響

炭黑N330和N550填充EPDM硫化膠的交聯(lián)密度隨填充量的增大而增大；當(dāng)用量小于50份時(shí)，炭黑N550填充EPDM硫化膠的交聯(lián)密度較炭黑N330填充膠料的大，而當(dāng)用量大于50份時(shí)，炭黑N330填充EPDM硫化膠的交聯(lián)密度則較炭黑N550填充膠料的大。

隨著炭黑用量的增大，硫化膠的硬度逐漸增大，且填充炭黑N330的EPDM硫化膠比填充炭黑N550的硫化膠略大，這是因?yàn)樘亢贜330形成的結(jié)合膠較炭黑N550多，補(bǔ)強(qiáng)性好。

隨著炭黑用量的增大，EPDM硫化膠發(fā)泡材料發(fā)泡倍率規(guī)律性不明顯，其中炭黑N330填充60份的EPDM硫化膠發(fā)泡倍率最大，而炭黑N550填充EPDM硫化膠的發(fā)泡倍率相對(duì)變化不大?？傮w看來，在所研究的炭黑用量范圍內(nèi)，炭黑N330與N550填充EPDM硫化膠的發(fā)泡倍率相差不大，對(duì)材料硬度影響的差異不明顯，因此材料硬度的差異可能主要是炭黑補(bǔ)強(qiáng)性不同引起的。

隨著炭黑N330和N550用量的增大，動(dòng)靜剛度比呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，填充相同用量時(shí)，填充炭黑N330膠料的動(dòng)靜剛度比比填充炭黑N550膠料的大。

2.2 硫化體系

硫黃和硫化劑DCP對(duì)膠料性能的影響見表2。

從表2可以看出，隨著硫黃或硫化劑DCP用量的增大，門尼粘度總體呈減小趨勢(shì)，交聯(lián)密度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，硬度增大。其中硫黃硫化膠料的交聯(lián)密度較硫化劑DCP硫化的膠料大，門尼粘度和硬度也呈現(xiàn)相似的規(guī)律。

表2 硫黃和硫化劑DCP對(duì)膠料性能的影響

隨著硫黃或硫化劑DCP用量增大，交聯(lián)鍵增多，交聯(lián)密度增大，硫化過程中膠料強(qiáng)度增大速度較快，膠料粘度達(dá)到一定程度后，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體膨脹所受的阻力增大，導(dǎo)致發(fā)泡倍率呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，使得材料的硬度呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。

隨硫黃用量增大，硬度逐漸增大，動(dòng)靜剛度比呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；而隨硫化劑DCP用量增大，硬度逐漸增大，動(dòng)靜剛度比則呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，但變化幅度不大。硫化劑DCP硫化的EPDM發(fā)泡材料動(dòng)靜剛度比比硫黃硫化膠的大，在動(dòng)態(tài)條件下應(yīng)用受到一定限制。

3 結(jié)論

（1）隨著炭黑N330和N550用量的增大，膠料硬度、動(dòng)靜剛度比均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，填充相同用量時(shí)，填充炭黑N330膠料的硬度和動(dòng)靜剛度比較填充炭黑N550膠料的大，而發(fā)泡倍率受炭黑種類和用量影響的規(guī)律性不明顯。

（2）隨硫黃用量增大，膠料硬度逐漸增大，動(dòng)靜剛度比則呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；隨硫化劑DCP用量增大，硬度逐漸增大，動(dòng)靜剛度比則呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，且硫化劑DCP硫化的EPDM發(fā)泡材料動(dòng)靜剛度比比硫黃硫化膠的大；發(fā)泡倍率隨硫化劑用量增大呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。