三元乙丙橡胶（EPDM）拉伸永久变形检测实验报告

三元乙丙橡胶（EPDM）拉伸永久变形检测实验报告一、实验目的测定三元乙丙橡胶（EPDM）试样在特定拉伸条件下的拉伸永久变形率，评估其抗永久变形性能。分析不同拉伸程度、温度环境对EPDM拉伸永久变形的影响规律，为其在密封件、防水材料等领域的应用提供数据支撑。验证EPDM材料配方及生产工艺的稳定性，确保产品质量符合相关标准要求。二、实验原理拉伸永久变形是指材料在受到外力拉伸并保持一定时间后，去除外力，经过规定的恢复时间，试样残留的变形量与原始变形量的百分比。其计算公式为：[\text{拉伸永久变形率}=\frac{L_1-L_0}{L_2-L_0}\times100%]其中：(L_0)为试样原始标距长度（mm）；(L_1)为试样去除外力恢复后的标距长度（mm）；(L_2)为试样拉伸时的标距长度（mm）。EPDM是一种主链由乙烯、丙烯和少量非共轭二烯烃共聚而成的合成橡胶，具有优异的耐候性、耐臭氧性和耐化学腐蚀性。其拉伸永久变形性能主要取决于分子链的交联密度、分子链的柔韧性以及填料的种类和含量。当EPDM受到拉伸作用时，分子链会被拉长并取向，部分交联点可能会发生位移或断裂；去除外力后，取向的分子链试图恢复到原来的无规卷曲状态，但由于交联结构的限制以及分子链之间的内摩擦，部分变形无法恢复，从而产生永久变形。三、实验仪器与设备电子万能材料试验机：型号为CMT6104，最大试验力为10kN，精度等级为0.5级，配备拉伸夹具和引伸计，可精确控制拉伸速度和拉伸量，实时记录力与位移数据。恒温箱：型号为DHG-9070A，温度控制范围为室温至200℃，温度精度为±1℃，内部设有试样固定装置，可在规定温度下对试样进行恒温处理。游标卡尺：精度为0.02mm，用于测量试样的原始标距长度、拉伸后的标距长度以及恢复后的标距长度。试样裁切机：型号为XCF-10，配备标准裁刀，可将EPDM板材裁切为符合标准要求的哑铃型试样。电子天平：精度为0.001g，用于称量试样的质量，辅助计算试样的密度等参数。四、实验材料本次实验所用的EPDM材料为某厂家生产的牌号为EPDM3070M的生胶，其基本性能参数如下：乙烯含量：50%（mol）；丙烯含量：47%（mol）；二烯烃含量：3%（mol）；门尼粘度（ML1+4，125℃）：70；密度：0.86g/cm³。将EPDM生胶与炭黑、氧化锌、硬脂酸、硫化剂、促进剂等配合剂按照一定的配方在开炼机上进行混炼，混炼工艺参数为：辊温50-60℃，辊距2-3mm，混炼时间15-20min。混炼完成后，将胶料在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为：温度160℃，压力10MPa，时间15min。硫化后得到厚度为2mm的EPDM板材，再用试样裁切机将其裁切为符合GB/T528-2009标准要求的哑铃型试样，试样的工作部分长度为25mm，宽度为6mm。五、实验步骤（一）试样制备与预处理从硫化后的EPDM板材中随机选取10片，用试样裁切机裁切为哑铃型试样，确保试样表面无裂纹、气泡等缺陷。用游标卡尺测量每个试样的原始标距长度(L_0)，测量精度为0.02mm，记录每个试样的编号和对应的(L_0)值。将试样放入温度为23℃、相对湿度为50%的标准环境中预处理24h，使试样的性能达到稳定状态。（二）常温拉伸实验设置电子万能材料试验机的参数：拉伸速度为500mm/min，试验力量程为1kN。将预处理后的试样安装在试验机的拉伸夹具上，确保试样的轴线与拉伸方向一致，避免试样歪斜。启动试验机，对试样进行拉伸，当试样的标距长度达到(L_2=L_0+25mm)（即拉伸率为100%）时，停止拉伸，保持该拉伸状态10min。10min后，缓慢卸载外力，将试样从夹具上取下，放入标准环境中恢复30min。恢复时间结束后，用游标卡尺测量试样的标距长度(L_1)，记录每个试样的(L_1)值。按照上述步骤，分别对拉伸率为50%（(L_2=L_0+12.5mm)）和150%（(L_2=L_0+37.5mm)）的试样进行实验，每个拉伸率条件下测试5个试样。（三）高温拉伸实验设置恒温箱的温度为70℃，待温度稳定后，将预处理后的试样放入恒温箱内的试样固定装置上，对试样进行拉伸，拉伸率分别设置为50%、100%和150%，每个拉伸率条件下测试5个试样。保持拉伸状态10min后，在恒温箱内缓慢卸载外力，然后将试样继续留在恒温箱内恢复30min。恢复时间结束后，将试样从恒温箱中取出，迅速放入标准环境中冷却10min，然后用游标卡尺测量试样的标距长度(L_1)，记录每个试样的(L_1)值。（四）数据处理根据公式计算每个试样的拉伸永久变形率，然后分别计算不同拉伸率和温度条件下试样拉伸永久变形率的平均值和标准偏差。绘制拉伸永久变形率与拉伸率、温度的关系曲线，分析拉伸率和温度对EPDM拉伸永久变形性能的影响规律。六、实验结果与分析（一）常温下拉伸率对EPDM拉伸永久变形的影响常温（23℃）下，不同拉伸率条件下EPDM试样的拉伸永久变形率测试结果如下表所示：拉伸率（%）试样编号(L_0)（mm）(L_2)（mm）(L_1)（mm）拉伸永久变形率（%）平均值（%）标准偏差501-125.0037.5026.209.608.920.56501-225.0037.5026.108.80501-325.0037.5026.058.40501-425.0037.5026.159.20501-525.0037.5026.088.641002-125.0050.0028.5014.0013.680.421002-225.0050.0028.4013.601002-325.0050.0028.3513.401002-425.0050.0028.4513.801002-525.0050.0028.4213.681503-125.0062.5032.0020.0019.440.611503-225.0062.5031.8019.201503-325.0062.5031.7519.001503-425.0062.5031.8519.401503-525.0062.5031.8219.36从表中数据可以看出，在常温条件下，随着拉伸率的增加，EPDM试样的拉伸永久变形率逐渐增大。当拉伸率从50%增加到100%时，拉伸永久变形率的平均值从8.92%增加到13.68%，增加了4.76个百分点；当拉伸率从100%增加到150%时，拉伸永久变形率的平均值从13.68%增加到19.44%，增加了5.76个百分点。这是因为随着拉伸率的增大，EPDM分子链的取向程度增加，更多的交联点发生位移或断裂，分子链之间的缠结被破坏，去除外力后，分子链恢复到原始状态的难度增大，从而导致永久变形率升高。（二）高温下拉伸率对EPDM拉伸永久变形的影响高温（70℃）下，不同拉伸率条件下EPDM试样的拉伸永久变形率测试结果如下表所示：拉伸率（%）试样编号(L_0)（mm）(L_2)（mm）(L_1)（mm）拉伸永久变形率（%）平均值（%）标准偏差504-125.0037.5027.0016.0015.280.72504-225.0037.5026.8014.40504-325.0037.5026.7514.00504-425.0037.5026.8514.80504-525.0037.5026.8214.561005-125.0050.0030.5022.0021.360.581005-225.0050.0030.3021.201005-325.0050.0030.2521.001005-425.0050.0030.3521.401005-525.0050.0030.3221.281506-125.0062.5035.0026.6725.840.851506-225.0062.5034.7025.331506-325.0062.5034.6525.071506-425.0062.5034.7525.601506-525.0062.5034.7225.44对比常温下的实验结果可以发现，在相同拉伸率条件下，高温环境会使EPDM试样的拉伸永久变形率显著增大。例如，当拉伸率为50%时，常温下的拉伸永久变形率平均值为8.92%，而高温下的平均值为15.28%，增加了6.36个百分点；当拉伸率为100%时，常温下的平均值为13.68%，高温下的平均值为21.36%，增加了7.68个百分点；当拉伸率为150%时，常温下的平均值为19.44%，高温下的平均值为25.84%，增加了6.4个百分点。这是因为高温会使EPDM分子链的热运动加剧，分子链的柔韧性增加，交联点的稳定性下降，在拉伸作用下，分子链更容易发生滑移和变形，去除外力后，部分变形难以恢复，从而导致永久变形率升高。（三）温度与拉伸率的交互影响为了更直观地分析温度和拉伸率对EPDM拉伸永久变形的交互影响，绘制了拉伸永久变形率与拉伸率、温度的关系曲线，如图1所示。

从图中可以看出，无论是常温还是高温环境，拉伸永久变形率均随着拉伸率的增加而呈近似线性增长的趋势；在相同拉伸率条件下，高温环境下的拉伸永久变形率明显高于常温环境下的数值。这表明温度和拉伸率对EPDM的拉伸永久变形性能均有显著影响，且两者之间存在一定的交互作用。在实际应用中，当EPDM制品需要在高温和高拉伸率条件下使用时，应选择交联密度较高、分子链刚性较大的EPDM材料，或者通过调整配方和工艺来提高其抗永久变形性能。七、实验误差分析测量误差：在测量试样的标距长度时，游标卡尺的精度为0.02mm，可能会存在一定的测量误差。此外，试样的标距标记可能会在拉伸过程中发生偏移，也会影响测量结果的准确性。为了减小测量误差，在测量过程中应多次测量取平均值，并确保标距标记清晰、准确。实验条件误差：电子万能材料试验机的拉伸速度、恒温箱的温度等实验条件可能会存在一定的波动，从而影响实验结果的重复性。例如，拉伸速度的不稳定可能会导致试样的变形不均匀，温度的波动可能会使EPDM分子链的热运动状态发生变化。为了减小实验条件误差，在实验前应对试验机和恒温箱进行校准，确保实验条件稳定。试样制备误差：在试样制备过程中，胶料的混炼均匀性、硫化程度的一致性等因素可能会导致不同试样之间的性能存在差异。例如，混炼不均匀可能会使试样局部的交联密度不一致，硫化程度不同可能会使试样的硬度和弹性存在差异。为了减小试样制备误差，应严格控制混炼和硫化工艺参数，确保试样的性能均匀一致。八、实验结论三元乙丙橡胶（EPDM）的拉伸永久变形率随着拉伸率的增加而增大，在常温条件下，当拉伸率从50%增加到150%时，拉伸永久变形率的平均值从8.92%增加到19.44%。高温环境会显著提高EPDM的拉伸永久变形率，在相同拉伸率条件下，70℃高温环境下的拉伸永久变形率比23℃常温环境下的数值高6-8个百分点。温度和拉伸率对EPDM的拉伸永久变形性能存在交互影响，在高温和高拉伸率条件下，EPDM的抗永久变形性能明显下降。本次实验所采用的EPDM材料在常温、低拉伸率条件下具有较好的抗永久变形性能，能够满足一般密封件、防水材料等领域的应用要求；但在高温、高拉伸率条件下，其性能有待进一步提高，可通过优化材料配方、调整生产工艺等方式来改善其抗永久变形性能。九