滚筒洗衣机门封胶料的质量改进

滚筒洗衣机门封胶料的质量改进第6期唐文枣等.滚筒洗衣机门封胶料的质量改进347滚筒洗衣机门封胶料的质量改进唐文枣,陈家香,谢忠麟(1.苏州华东橡胶工业有限公司,江苏苏州215134;2.北京橡胶工业研究设计院,北京100143)摘要:通过调整配方改进滚筒洗衣机门封胶料质量.采用Keltan455lA充油EPDM替代Keltan509100充油EPDM,Sunpar2280石蜡油替代300号石蜡油,提高胶料的耐热性能和抗紫外线性能;降低白炭黑用量,添加纳米硫酸钡和矽丽粉N85,提高胶料的耐酸性和耐碱性.优化配方为:充油EPDM(Keltan4551A)200,矽丽粉N8530,纳米硫酸钡50,自炭黑2O,超细滑石粉10,氧化锌5,硬脂酸1.5,防老剂MB/RD2.5,钛白粉10,Sunpar2280石蜡油,着色剂,偶联剂,加工助剂和脱模剂适量.优化配方胶料的耐酸性和耐碱性达到客户要求,且采用优化配方生产的滚筒洗衣机门封的环保项目检测结果符合欧盟有关指令和法规的要求.关键词:滚筒洗衣机门封;耐酸性;耐碱性;环保中图分类号:TQ336.42文献标志码:B文章编号:1000890X(2011)06034705洗衣机门封是滚筒洗衣机视窗上的浅色密封圈,是一种对外观(包括颜色均匀性,紫外线变色性和缺陷)和胶料质量(包括技术指标和环保要求)都有严格要求的重要家电用橡胶制品.目前,用户对家电关键部件的质量十分重视,例如某外国公司专门设置了”FA部”(用户满意管理团队故障分析部),每年通过全球市场调查,针对关键部位的橡胶配件,以系统的试验方法获得详细数据,提出故障分析报告,向各供应厂商指出问题,促使其改进产品质量.苏州华东橡胶工业有限公司生产的滚筒洗衣机门封(以下简称门封)质量总体是好的,但生产初期存在一些问题,特别是在环境加速试验(耐热性,耐酸性,耐碱性和抗紫外线变色性)方面有差距.为此,根据客户FA部的故障分析报告,该公司对门封胶料质量进行改进,使胶料各项性能得到明显提高.1耐热性能和抗紫外线性能门封是低硬度(邵尔A型硬度为3O38度)注塑硫化制品,且要求耐热以及耐酸性和碱性洗涤剂,主体材料通常采用EPDM.为便于混炼,选用高充油EPDM(DSM公司Keltan509100,作者简介:唐文枣(1948一),男,湖北荆州人,苏州华东橡胶工业有限公司工程师,主要从事橡胶制品配方,工艺研究和开发工作.充油100份),同时添加一定量的石蜡油,以达到低硬度的要求.充油EPDM的填充油和外加操作油会影响胶料的耐热性和紫外线变色性,为此,对充油EPDM和石蜡油品种进行了研究.1.1改用充无色石蜡油的EPDM原先使用的Keltan509100充油EPDM填充了100份黄色石蜡油.所谓”黄色石蜡油”不仅是油品颜色黄而使生胶呈黄色,而且芳烃和极性物质含量较高,耐紫外线变色性较差.为了使用无色油或清洁油l2替代黄色石蜡油,DSM公司将充黄色石蜡油的Keltan509100充油EPDM升级为充无色石蜡油的Keltan4551A(开发期间牌号为KeltanDE3072)充油EPDM.Keltan4551A充油EPDM填充了100份无色石蜡油,生胶颜色为白色.Keltan4551A和509100充油EPDM除了填充石蜡油颜色不同外,两者生胶指标完全相同,即:门尼粘度EML(1+4)100484,挥发分质量分数0.005(最大),乙烯质量分数0.6400.021,ENB质量分数0.0870.008,充油质量分数o.5000.024,相对分子质量分布指数(MWD)中.无色石蜡油(或清洁石蜡油)实际上是加氢石蜡油,是将基油经分馏一氢化裂解一加氢精制而成的,芳烃含量低(质量分数小于0.01),而且极性衍生物含量极微,因此对降低348橡胶工业2011年第58卷多环芳烃油含量的环保要求有利,而且可以改善耐紫外线性,提高过氧化物交联效率以及增强彩色橡胶制品的色泽效果l_】.参照1SO4097:2007I3,SH/T17432OO和ASTMD3568-2003_5标准中的检验配方对Keltan509X100和4551A充油EPDM进行对比试验,试验结果见表1.从表l可以看出:两种充油EPDM的门尼粘度相当,说明改用Keltan4551A充油EPDM后不影响注塑充模流动性.与Keltan509x100充油EPDM相比,Keltan4551A充油EPDM虽然t和t.稍短,t.稍长,但其硫化速度较快,特别是其M一M明显提高.采用M一ML的大小来表征硫化胶交联密度是简便有效的办法.此观点已由试验证明:M一M.越大,交联效率和交联密度越高.由此可以判断,Keltan455IA充油EPDM交联密度比Keltan509x100充油EPDM大,因此其硫化胶定伸应力较高,拉断永久变形较小.此外,Keltan4551A充油EPDM的拉伸强度和拉断伸长率不如Keltan509100充油EPDM大,但可以通过调整制品胶料配方进行改善.表1Keltan4551A和509X100充油EPDM性能对比项目_注:1)检验配方为充油EPDM200,炭黑N33080,氧化锌5,硬脂酸1,促进剂M0.5,促进剂TMTD1,硫黄1.5,合计289;2)硫化速率,V一(MHME)/(90一tz);3)硫化条件为16020min.综合考虑,Keltan4551A充油EPDM可以替代Keltan509100充油EPDM,且利大于弊.1.2使用低挥发,高粘度石蜡油采用充油100份的EPDM尚不能达到低邵尔A型硬度的要求,还要根据具体配方情况加入适量石蜡油.经分析认为,原来使用的国产300号石蜡油闪点和粘度都较低,挥发性较大,使制品在注塑硫化的高温(180”-200)下挥发大,同时影响热空气老化性能.客户FA部的故障分析报告指出公司生产的门封存在热老化环境试验后拉伸强度和拉断伸长率变化率大的问题,这可能与配方中使用的石蜡油有关.在相同浓度和温度下,操作油的挥发量随着其粘度的上升而下降_7.闪点高的油品对胶料加工过程(特别是高温硫化工艺)的挥发性有很大影响.国外公司推荐的石蜡油是美国太阳油(SunOi1)公司的Sunpar2280口j.表2示出了Sunpar2280和国产300号石蜡油的性能对比情况.表2Sunpar2280和300号石蜡油的性能对比项目石蜡油Sunpar2280300号注:1)CA,CN和CP分别表不芳烃,环烷烃和链烷烃中碳原子数占碳原子总数的百分比;2)按ASTMD9729测定;3)引自文献1O.从表2可以看出,Sunpar2280石蜡油的粘度和闪点比300号石蜡油高得多,而且挥发性小得多.此外,油品中芳烃能强吸收日光中260rim波长的紫外线,油品精制程度越深,其260nm紫外吸收越低,260nlTl紫外吸收低于2.0的油品在阳光下不会变色_7,Suripar2280石蜡油符合此要求.由此可见,在使用Keltan4551A充油EP第6期唐文枣等.滚筒洗衣机门封胶料的质量改进349DM的基础上,再添加低挥发,高粘度Sunpar2280石蜡油,不仅可以使胶料获得良好的耐热性能,而且可以赋予胶料良好的耐紫外线变色性.因此,将300号石蜡油改为Sunpar2280石蜡油.2耐酸性和耐碱性考虑到低硬度EPDM胶料的补强及耐酸性和耐碱性,初期生产的门封采用了白炭黑/超细滑石粉/煅烧陶土组成的填充体系.洗衣机部件的耐酸性和耐碱性其实是指耐酸性和耐碱性洗涤剂的性能,客户指定质量分数为0.01的白猫牌彩漂液(pH值为6)作为耐酸性试验用介质,质量分数为0.01的白猫牌洗衣粉溶液(pH值为10)作为耐碱性试验用介质.客户FA部分析报告指出,门封胶料的耐酸性和耐碱性存在差距,需要改进.通过分析认为,采用白炭黑作为低硬度EPDM胶料的补强剂是必需的,但其耐碱性差,需要寻找既具有耐酸性和耐碱性又有一定补强性的填充剂替代或部分替代白炭黑.从国外门封配方资料了解到,采用硅土Si11itinN85的例子挺多.Sillitin在我国称为矽丽粉,是德国霍夫曼矿业(HoffmannMinera1)公司生产的一种弹性体用功能性填充剂.矽丽粉N85主要成分为硫酸铝,石英和粘土,密度为2.6Mg?m.,BET比表面积为13m?g,吸油值为450g?kg,大于4O/,m的筛余物质量分数小于6010.矽丽粉N85的耐老化性能和化学稳定性良好,耐酸性好,压缩永久变形低,流动性改善,制品外观质量好.通过试验证明,矽丽粉N85确实具有上述优点,但在降低白炭黑用量的情况下,采用矽丽粉N85的胶料拉伸强度较低.工作中还发现,改性纳米硫酸钡与矽丽粉N85并用是门封EPDM填充剂一个较好的选择.之前未见这方面的报道.上海安亿纳米材料有限公司生产的R901改性纳米硫酸钡粒径小于50nlTl,比表面积为33m?g一,活化度为99,不但具有优良的化学稳定性(耐酸性,耐碱性),耐热性能和耐候性能,而且表现出纳米材料的独特性,即对橡胶有良好的补强作用_1,这是普通硫酸钡所不具有的.表3示出了矽丽粉N85和纳米硫酸钡对胶料性能的影响.从表3可以看出:矽丽粉N85和纳米硫酸钡胶料的耐酸性和耐碱性均良好,压缩永久变形小,而白炭黑胶料的耐碱性差;但矽丽粉N85的补强性较差,纳米硫酸钡则有良好的补强性.由于纳米硫酸钡相对密度大(4.5),因此采取矽丽粉N85/纳米硫酸钡并用.图l示出了矽丽粉N85/纳米硫酸钡并用对胶料拉伸强度的影响.3生产配方的调整根据上述初步试验,对生产初期的原配方进行了调整,主要包括采用Keltan4551A充油EPDM替代Keltan509100充油EPDM,在降低白炭黑用量的基础上调整填充体系中4种填充剂的配比,并添加高粘度,低挥发的Sunpar2280石蜡油,以调节胶料的硬度.配方调整过程中进行了多次试验,表4示出了其中3个配方组分,表5示出了这3个配方与原配方胶料性能对比情况.表3矽丽粉和纳米硫酸钡对胶料性能的影响注:1)基本配方为Keitan455lA充油EPDM200,氧化锌5,硬脂酸1.5,防老剂MB/RD2.5,Sunpar2280石蜡油20,促进剂M1.5,综合促进剂ACSY2.5,硫黄1.5;2)硫化条件为16020min;3)7022h;4)质量分数为0.01的白猫牌彩漂液,6O168h;5)质量分数为0.01的白猫牌洗衣粉溶液,6O168h.350橡胶工业2011年第58卷a一=越矮量程010203o4050600用量/份基本配方同表3注1).一纳米硫酸钡5o份,矽丽粉变量i一一矽丽粉5O份,纳米硫酸钡变量.图l矽丽粉/纳米硫酸钡并用对胶料拉伸强度的影响从表5可以看出:原配方胶料的耐酸性,耐碱表4调整后的配方示例注:其余配方组分和用量为Keltan4551A充油EPDM200,氧化锌5,硬脂酸1.5,防老剂MB/RD2.5,钛白粉10,Sunpar2280石蜡油,着色剂,偶联剂,加工助剂和脱模剂适量.性和耐热老化性能与技术要求有差距,配方a加大了纳米硫酸钡和矽丽粉N85的用量,使胶料的耐酸性和耐碱性达到客户要求,但综合性能不如配方C;配方C的含胶率比配方a提高,表现出其浸酸性和碱性洗涤剂后拉伸强度变化率和拉断表5调整配方与原配方胶料性能对比注:j)配方为Keltan509x100充油EPDllM200,煅烧陶1.5,防老剂MB/RD2.5,着色剂,偶联剂,加工助剂和脱模剂分数为0.0】的自猫牌彩漂液,b0x168h.6O,自炭黑40,超细滑石粉6O,钛自耪10,氧化锌5,硬脂酸适量;2)质量分数为0.01的白猫牌洗衣粉溶液,60X168h;3)质量第6期唐文枣等.滚筒洗衣机门封胶料的质量改进伸长率变化率有所改善;配方b由于白炭黑用量较大,胶料的耐碱性下降.综合考虑,优选配方C作为新生产配方,其物理性能及环境加速试验结果均符合技术指标要求.与原配方胶料相比,优化配方胶料的交联程度基本不变,硫化速度略有提高,可以认为,采用优化配方无需对原生产工艺条件进行调整.4环保项目检测家电产品有严格的环保要求,客户都参照欧盟有关指令和法规执行.涉及的欧盟指令和法规包括2.05/95/EC(通称RoHS指令,限制4种重金属和2种溴系阻燃剂),ZEK0108(限制16种多环芳烃PAHs)以及2008年10月28日欧盟第l份高关注物质(SVHC)候选清单(包括邻苯二甲酸酯和短链氯化石蜡等15种化学物质).表6示出了SGS公司对优化配方和原配方门封进行的环保项目检测结果.从表6可以看出,优化配方与原配方产品都符合环保要求,优化配方产品的PAHs含量比原配方有所降低,这归功于配方中充油EPDM和油品品种的改变.表6优化配方与原配方门封环保项目检测结果项目限.s5结语(1)采用充无色石蜡油的Keltan4551A充油EPDM以及高粘度,高闪点的Sunpar2280石蜡油,提高了胶料的耐热老化性能和抗紫外线变色性,同时降低了PAHs含量.(2)降低白炭黑用量,可以改善胶料的耐碱性,纳米硫酸钡和矽丽粉对改善胶料的耐酸性和耐碱性有帮助,前者具有良好的补强作用,后者对降低胶料的压缩永久变形有贡献,两者对有害重金属含量无不良影响.(3)通过试验确定优化配方为:Keltan4551A充油EPDM200,矽丽粉N8530,纳米硫酸钡50,白炭黑20,超细滑石粉1O,氧化锌5,硬脂酸1.5,防老剂MB/RD2.5,钛白粉10,Sunpar2280石蜡油,着色剂,偶联剂,加工助剂和脱模剂适量.优化配方胶料质量比原配方胶料明显提高,胶料性能满足技术要求,且符合相关环保法规要求.参考文献:1官同华.充无色石蜡油Keltan牌号的特点和典型应用A.2008Keltan弹性体技术研讨会报告集c.无锡:DSM公司,2008:12-22.2SusmittaBhattacharjee,RoynerKrista,GregoryBlackmon.NewGenerationOilExtendedEPDMforApplicationswhereColorCountsJ.RubberWorld,2003,229(3):2631.3ISO4097:2007,Rubber,Ethyleneprop