epdm模压发泡材料性能研究

epdm模压发泡材料性能研究

在汽车行业，泡沫材料的应用有相当规模。以汽车密封条为例,1995年总需求量为4500万m,2000年总需求量为11250万m,预计到2010年总需求量将达到25000万m。作为汽车密封条,其主要性能要求是密封性及弹性好、耐候和耐疲劳老化性能优异等。EPDM是一种饱和橡胶,其耐老化性能是通用橡胶中最好的,且具有较高的耐臭氧性和耐候性,被称为“无龟裂橡胶”。本工作通过选择合适的发泡剂、硫化和补强体系,制备各项性能均符合要求的EPDM发泡材料。1实验1.1发泡剂、炭黑n30EPDM,牌号EP98,日本三井石油化学工业株式会社产品;发泡剂DDL101,济南奥科化工科技有限公司产品;炭黑N330,德国德固萨公司产品;过氧化二异丙苯(硫化剂DCP)、硬脂酸、聚乙烯蜡、硫黄和氧化锌均为市售工业品。1.2基本组成EPDM100,硬脂酸1,氧化锌3,聚乙烯蜡5,硫化剂DCP、硫黄、发泡剂DDL101和炭黑N330变量。1.3生产制造设备SK-1608型双辊筒开炼机,上海橡胶机械厂产品;XLK型平板硫化机,青岛第三橡胶机械厂产品;GT-AJ7000S型电子拉力实验机和GT-XB-320M型电子密度仪,台湾高铁科技股份有限公司产品;CJ-6A型回弹性试验机,上海化工机械四厂产品;邵氏硬度计,上海险峰电影机械厂产品;JSM-840型扫描电子显微镜,日本JEOL公司产品。1.4拉伸强度及回弹值测定密度按HG/T2728—1995测定;邵尔A型硬度按GB/T531—1999测定;拉伸强度按GB/T528—1998测定;回弹值按GB/T1681—1991测定;压缩永久变形按GB/T1683—1981测定。2发泡剂、硫化和炭黑对发泡材料性能的影响经过对发泡工艺多次摸索,锁定工艺条件为模压温度160℃、发泡时间14min,并以此为基础探讨发泡剂、硫化体系和炭黑对发泡材料性能的影响。2.1发泡剂的特点发泡剂选用DDL101。该发泡剂为复合型发泡剂,吸放热基本平衡,避免了单纯放热型或吸热型发泡剂因熔体粘度和强度波动造成并泡或难于发泡的现象,与传统的发泡剂相比,该发泡剂有反应平缓、放气量较大的特点。用其作为发泡剂发泡所得制品泡孔尺寸小,形状规则,物理性能好。2.1.1拉伸强度和密度法发泡剂用量对发泡材料的拉伸强度和密度的影响如图1所示。从图1可以看出,随着发泡剂用量的增大,材料的拉伸强度和密度均呈一定程度的下降趋势。发泡剂用量对材料的硬度和弹性的影响如图2所示。从图2可以看出,发泡材料的硬度随发泡剂用量的增大呈现出逐渐下降的趋势,而其回弹值在发泡剂用量为6～8份时出现极大值,此时产品外表光滑、手感细腻、弹性良好。2.1.2泡孔内部的开展学习发泡剂用量不同时,泡孔放大1000倍的SEM照片如图3所示。从图3可以清楚看到泡孔内部存在大量的皱褶。其中,当发泡剂用量为6份时泡孔内部皱褶更为细密,分布更为均匀。存在结构细致且分布均匀的皱褶是发泡材料拥有好的弹性的内在原因。综合以上分析,本试验选择发泡剂DDL101的用量为6份。2.2硫黄和过氧化物共硫化体系对发泡材料性能的影响EPDM发泡材料的硫化体系主要为硫黄和过氧化物硫化体系。采用硫黄硫化体系时,发泡材料形成以多硫键为主的交联结构,其拉伸强度较大,但耐热和耐老化性能略差;采用过氧化物硫化体系时,发泡材料形成单一的碳-碳交联键,其耐热和耐老化性能优异,但压缩永久变形小。本试验采用硫黄和过氧化物共硫化体系,以期在保证材料耐热和耐老化性能的前提下不降低材料的物理性能。过氧化物硫化体系以及硫黄和过氧化物共硫化体系对发泡材料性能的影响如表1所示。从表1看出,添加硫黄后,发泡材料的性能均有所提高,发泡材料的密度由原来无硫黄时的0.19Mg·m-3提高到0.32Mg·m-3,邵尔A型硬度由3度提高到20度,回弹值由33%提高到50%,拉伸强度由0.35MPa提高到1.38MPa,变化幅度较大。添加硫黄前后发泡材料物理性能发生变化可以如下解释:DCP分解引发生成的叔碳自由基易发生断裂,这是EPDM交联反应主要的竞争反应。加入少量硫黄作共交联剂可以抑制叔碳自由基断裂,提高交联效率,从而提高硫化胶的拉伸强度和定伸应力,降低压缩永久变形。另外,硫黄还使EPDM分子内的不饱和双键打开发生交联反应,形成交联网络。在硫黄存在的条件下,交联效果和硫化胶性能的改善可归因于硫黄的交联特性。不同硫化体系发泡材料的泡孔结构如图4和5所示。从泡孔放大不同倍率的示意图可以看出,单纯DCP硫化时泡孔形状为多边形,泡孔内部较为平坦,泡壁薄;采用DCP/硫黄并用硫化时泡孔形状近似圆形,泡孔内部具有细致且均匀的皱褶,泡壁较厚。在宏观上,DCP/硫黄并用硫化所得材料较单纯DCP硫化具有更高的回弹值,手感更软。综上所述,采用硫黄和过氧化物并用硫化体系,可在保证材料耐热和耐老化性能的前提下不降低材料的物理性能。2.3炭黑3g2用量对发泡材料拉伸性能的影响EPDM体系中发泡材料的密度和硬度随炭黑N330用量变化的趋势如图6所示。从图6可以看出,随着炭黑N330用量由20份增大到40份,发泡材料的密度和硬度呈现逐渐上升的趋势,但变化趋势不明显。EPDM发泡材料的回弹值和拉伸强度随炭黑N330用量变化的趋势如图7所示。从图7可以看出,随着炭黑N330用量由20份增大到40份,发泡材料的回弹值呈现逐渐下降的趋势,从44%下降到37%,拉伸强度在炭黑N330用量为30份时出现峰值,达到1.18MPa。EPDM体系中发泡材料压缩永久变形随炭黑N330用量变化的趋势如图8所示。压缩永久变形试验条件为70℃×24h,压缩率40%。从图8可以看出,随着炭黑N330用量从20份增大到40份,材料压缩永久变形呈现先下降后上升的趋势。当炭黑N330用量为30份时,材料具有最低的压缩永久变形35.3%。为使发泡材料在保持较低的密度和硬度的同时,又保持高的回弹值和低的压缩永久变形,选择炭黑N330用量为30份。选用此炭黑用量时,发泡材料的拉伸强度最大。综上所述,可得出EPDM发泡材料的优化配方:EPDM100,硬脂酸1,氧化锌3,聚乙烯蜡5,硫化剂DCP0.5,硫黄0.2,发泡剂DDL1016,炭黑N33030。3炭黑按需发酵剂用于发泡材料(1)在发泡剂用量为6～8份时,EPDM发泡材料的回弹值出现极大值,此时产品外表光滑、手感细腻,弹性良好。(2)使用DCP/硫黄并用硫化体系所得发泡材料泡孔内部有细致而均匀的皱褶,其弹性较单