三元乙丙橡胶（EPDM）耐臭氧老化（150pphm）检测实验报告

三元乙丙橡胶（EPDM）耐臭氧老化（150pphm）检测实验报告一、实验样品与设备（一）实验样品本次实验选取3种不同配方的三元乙丙橡胶（EPDM）样品，分别标记为SampleA、SampleB和SampleC，具体参数如下：SampleA：采用高乙烯含量（60%）EPDM生胶，配合体系中添加3份微晶蜡、5份防护蜡和2份抗臭氧剂4010NA，炭黑补强体系为N550，填充量为50份。SampleB：乙烯含量为50%的EPDM生胶，配合体系包含2份微晶蜡、3份防护蜡和3份抗臭氧剂RD，炭黑选用N330，填充量为45份。SampleC：乙烯含量为40%的EPDM生胶，配合体系仅添加1份防护蜡和1份抗臭氧剂4020，炭黑为N660，填充量为40份。所有样品均按照GB/T6038-2006《橡胶试验胶料配料、混炼和硫化设备及操作程序》标准制备，硫化条件为160℃×15min，硫化后样品厚度均控制在2.0±0.2mm，裁制成100mm×25mm的标准试样。（二）实验设备臭氧老化试验箱：型号为QL-100，由上海某试验设备有限公司生产，臭氧浓度控制范围为0~500pphm，温度控制范围为0~80℃，精度为±1℃，臭氧浓度精度为±5pphm，设备配备自动样品旋转装置，旋转速度为1r/min。电子万能试验机：型号为CMT4204，由深圳某测试技术有限公司生产，最大试验力为20kN，精度为0.5级，用于测试样品拉伸性能。邵氏硬度计：型号为LX-A，由莱州某仪器有限公司生产，用于测试样品硬度。光学显微镜：型号为BX53，由日本奥林巴斯公司生产，放大倍数为100~400倍，用于观察样品表面裂纹形态。二、实验方法与条件（一）实验方法本次实验按照GB/T7762-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验》标准进行，具体步骤如下：样品预处理：将裁制好的试样在温度为23±2℃、相对湿度为50±5%的环境中放置至少24h，调节试样状态。初始性能测试：使用电子万能试验机测试试样的拉伸强度、拉断伸长率，使用邵氏硬度计测试试样的邵氏A硬度，每种样品测试5个平行试样，取平均值。臭氧老化试验：将预处理后的试样拉伸至其原始长度的20%，固定在样品架上，放入臭氧老化试验箱中。设置臭氧浓度为150pphm，温度为40±2℃，相对湿度为50±5%，试验时间分别为24h、48h、72h、96h和120h。老化后性能测试：到达规定试验时间后，取出试样，在标准环境中放置1h，然后测试其拉伸强度、拉断伸长率和邵氏A硬度，同时使用光学显微镜观察试样表面裂纹情况，记录裂纹数量、长度和宽度。（二）实验条件臭氧浓度：150pphm试验温度：40±2℃相对湿度：50±5%拉伸应变：20%试验时间：24h、48h、72h、96h、120h三、实验结果与分析（一）初始性能测试结果三种样品的初始性能测试结果如下表所示：样品编号拉伸强度（MPa）拉断伸长率（%）邵氏A硬度（度）SampleA18.2±0.5520±2065±2SampleB16.8±0.4480±1562±2SampleC15.5±0.3450±1058±2从表中可以看出，SampleA的拉伸强度和拉断伸长率最高，邵氏硬度也最大，这是因为其乙烯含量较高，分子链规整性好，同时炭黑填充量较大，补强效果明显。SampleC的各项性能最低，主要是由于其乙烯含量较低，分子链柔性较大，且炭黑填充量较少。（二）臭氧老化后性能变化拉伸强度变化三种样品在不同老化时间后的拉伸强度保留率如下图所示：随着老化时间的延长，三种样品的拉伸强度均逐渐下降。在老化24h后，SampleA的拉伸强度保留率为92%，SampleB为88%，SampleC为82%；老化120h后，SampleA的拉伸强度保留率为75%，SampleB为65%，SampleC为50%。由此可见，SampleA的拉伸强度保持能力最强，SampleC最弱。这是因为SampleA中添加了较多的防护蜡和抗臭氧剂，能够有效阻挡臭氧与橡胶分子链的接触，同时高乙烯含量的EPDM分子链中双键含量较低，臭氧难以攻击。拉断伸长率变化三种样品在不同老化时间后的拉断伸长率保留率如下表所示：老化时间（h）SampleA保留率（%）SampleB保留率（%）SampleC保留率（%）24888275487868587268554296584228120483015拉断伸长率的下降幅度明显大于拉伸强度，这是因为臭氧老化主要导致橡胶分子链发生断裂，使橡胶的弹性下降，而拉伸强度还受到炭黑补强等因素的影响。SampleA在老化120h后拉断伸长率保留率仍有48%，而SampleC仅为15%，说明SampleA的抗臭氧老化性能显著优于SampleC。邵氏硬度变化三种样品在不同老化时间后的邵氏硬度变化如下图所示：随着老化时间的延长，三种样品的邵氏硬度均逐渐升高。老化24h后，SampleA的邵氏硬度从65度升高至68度，SampleB从62度升高至66度，SampleC从58度升高至63度；老化120h后，SampleA的邵氏硬度为75度，SampleB为72度，SampleC为70度。硬度升高是由于橡胶分子链发生交联反应，使橡胶的交联密度增加，弹性下降，硬度上升。SampleA的硬度上升幅度相对较小，说明其分子链交联程度较低，抗臭氧老化性能较好。（三）表面裂纹观察结果使用光学显微镜观察三种样品在不同老化时间后的表面裂纹情况，结果如下：SampleA：老化24h后，表面无明显裂纹；老化48h后，表面出现少量细微裂纹，长度约为1~2mm，宽度小于0.1mm；老化72h后，裂纹数量增加，长度约为3~5mm，宽度约为0.1~0.2mm；老化96h后，裂纹进一步扩展，长度约为5~8mm，宽度约为0.2~0.3mm；老化120h后，裂纹长度达到8~10mm，宽度约为0.3~0.4mm，但未出现贯穿性裂纹。SampleB：老化24h后，表面出现少量细微裂纹，长度约为1~3mm；老化48h后，裂纹数量明显增加，长度约为3~6mm，宽度约为0.1~0.2mm；老化72h后，裂纹长度达到6~9mm，宽度约为0.2~0.3mm；老化96h后，出现部分贯穿性裂纹；老化120h后，贯穿性裂纹数量增多，裂纹宽度达到0.3~0.5mm。SampleC：老化24h后，表面出现较多细微裂纹，长度约为2~4mm；老化48h后，裂纹长度达到4~7mm，宽度约为0.1~0.2mm；老化72h后，出现大量贯穿性裂纹；老化96h后，贯穿性裂纹进一步扩展，试样表面严重龟裂；老化120h后，试样已完全失去使用性能，表面裂纹纵横交错，宽度达到0.5~1.0mm。四、实验结论在150pphm臭氧浓度、40℃温度和20%拉伸应变条件下，三种不同配方的EPDM样品耐臭氧老化性能存在显著差异。SampleA的耐臭氧老化性能最佳，SampleB次之，SampleC最差。乙烯含量、防护蜡和抗臭氧剂的种类及用量、炭黑品种及填充量对EPDM的耐臭氧老化性能有重要影响。高乙烯含量的EPDM分子链中双键含量较低，臭氧难以攻击；适量的防护蜡能够在橡胶表面形成保护膜，阻挡臭氧与橡胶接触；高效抗臭氧剂能够捕捉臭氧自由基，抑制臭氧老化反应；高结构炭黑能够提高橡胶的强度和抗老化性能。拉伸强度、拉断伸长