三元乙丙橡胶（EPDM）热空气老化性能（分级评定）检测实验报告

三元乙丙橡胶（EPDM）热空气老化性能（分级评定）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，分别标记为样品A、样品B和样品C。样品均为厚度2mm的硫化胶片，由国内某橡胶制品企业提供，具体配方信息如下：样品A：以ENB（乙叉降冰片烯）为第三单体，炭黑N550为补强剂，氧化锌、硬脂酸为活化剂，硫磺为硫化剂，促进剂采用MBT（2-硫醇基苯并噻唑）与TMTD（二硫化四甲基秋兰姆）复配体系。样品B：以DCP（过氧化二异丙苯）为硫化剂，白炭黑为补强剂，硅烷偶联剂KH550为改性剂，其余组分与样品A基本一致。样品C：在样品A基础上添加5%的防老剂RD（2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体）和3%的防老剂4010NA（N-异丙基-N'-苯基对苯二胺）。（二）实验设备热空气老化试验箱：型号为QLH-100，由上海实验仪器厂生产，温度控制范围为室温至200℃，精度±1℃，风速0.5-1.5m/s可调。电子万能试验机：型号为CMT4204，由深圳新三思材料检测有限公司生产，最大试验力20kN，精度等级0.5级，可进行拉伸强度、断裂伸长率等力学性能测试。邵氏硬度计：型号为LX-A，由北京时代之峰科技有限公司生产，测量范围0-100HA，精度±1HA。分析天平：型号为FA2004，由上海精密科学仪器有限公司生产，最大称量200g，精度0.1mg，用于样品质量变化测试。游标卡尺：精度0.02mm，用于测量样品厚度和尺寸变化。二、实验标准与方法（一）实验标准本次实验依据以下国家标准进行：GB/T3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》HG/T3847-2008《硫化橡胶热空气老化试验试样和设备》（二）实验方法样品制备：按照GB/T528-2009标准，将每种样品制备成Ⅰ型哑铃状试样，每组样品制备10个平行试样，其中5个用于老化前性能测试，5个用于老化后性能测试。同时制备5个50mm×50mm的方形试样，用于硬度和质量变化测试。热空气老化试验：将老化试样放入预先升温至150℃的热空气老化试验箱中，风速设置为1.0m/s，老化时间分别为24h、48h、72h、96h和120h。老化过程中，每隔24h观察试样外观变化，记录是否出现龟裂、发黏、变色等现象。性能测试：拉伸性能测试：按照GB/T528-2009标准，在电子万能试验机上进行拉伸强度和断裂伸长率测试，试验速度为500mm/min。分别测试老化前和不同老化时间后的试样，记录每个试样的拉伸强度和断裂伸长率，计算平均值。硬度测试：按照GB/T531.1-2008标准，使用邵氏硬度计测试试样的邵尔A硬度，每个试样测试5个点，取平均值。分别测试老化前和不同老化时间后的试样硬度。质量变化测试：使用分析天平称量老化前和不同老化时间后方形试样的质量，精确至0.1mg，计算质量变化率，公式为：[\Deltam=\frac{m_2-m_1}{m_1}\times100%]其中，(\Deltam)为质量变化率，(m_1)为老化前试样质量，(m_2)为老化后试样质量。性能变化率计算：根据测试结果，计算拉伸强度变化率、断裂伸长率变化率和硬度变化率，公式分别为：拉伸强度变化率：[\Delta\sigma_b=\frac{\sigma_{b2}-\sigma_{b1}}{\sigma_{b1}}\times100%]断裂伸长率变化率：[\Delta\varepsilon_b=\frac{\varepsilon_{b2}-\varepsilon_{b1}}{\varepsilon_{b1}}\times100%]硬度变化率：[\DeltaH=\frac{H_2-H_1}{H_1}\times100%]其中，(\sigma_{b1})、(\varepsilon_{b1})、(H_1)分别为老化前试样的拉伸强度、断裂伸长率和硬度；(\sigma_{b2})、(\varepsilon_{b2})、(H_2)分别为老化后试样的拉伸强度、断裂伸长率和硬度。三、实验结果与分析（一）外观变化老化过程中，3种样品的外观变化情况如下：样品A：老化24h后，试样表面出现轻微泛黄；老化72h后，表面颜色加深，出现少量细微龟裂；老化120h后，龟裂面积扩大，部分试样出现发黏现象。样品B：老化48h后，试样表面出现轻微发白；老化96h后，表面出现少量龟裂，但程度较样品A轻；老化120h后，龟裂进一步发展，但未出现发黏现象。样品C：老化72h后，试样表面颜色略有加深；老化120h后，表面仅出现极少量细微龟裂，无发黏现象。（二）拉伸性能变化不同老化时间下，3种样品的拉伸强度和断裂伸长率变化情况分别见表1和表2。表1不同老化时间下样品的拉伸强度变化（MPa）|老化时间（h）|样品A|样品B|样品C||--------------|-------|-------|-------||0|18.5|17.2|18.8||24|17.8|16.5|18.5||48|16.2|15.8|18.0||72|14.5|14.2|17.5||96|12.8|12.5|16.8||120|10.2|10.8|16.0|表2不同老化时间下样品的断裂伸长率变化（%）|老化时间（h）|样品A|样品B|样品C||--------------|-------|-------|-------||0|450|420|460||24|420|390|440||48|380|350|410||72|320|300|380||96|260|240|340||120|180|200|300|从表1和表2可以看出，随着老化时间的延长，3种样品的拉伸强度和断裂伸长率均呈下降趋势，但下降幅度存在明显差异：拉伸强度变化：样品A的拉伸强度下降最为明显，老化120h后，拉伸强度从18.5MPa下降至10.2MPa，下降率为44.9%；样品B的拉伸强度下降率为37.2%；样品C的拉伸强度下降率为14.9%，远低于样品A和样品B。这表明防老剂的添加能够显著抑制EPDM在热空气老化过程中的拉伸强度下降。断裂伸长率变化：样品A的断裂伸长率下降幅度最大，老化120h后，断裂伸长率从450%下降至180%，下降率为60.0%；样品B的断裂伸长率下降率为52.4%；样品C的断裂伸长率下降率为34.8%。断裂伸长率的下降主要是由于橡胶分子链在热氧作用下发生交联和降解，导致橡胶的弹性和柔韧性下降。（三）硬度变化不同老化时间下，3种样品的硬度变化情况见表3。表3不同老化时间下样品的硬度变化（HA）|老化时间（h）|样品A|样品B|样品C||--------------|-------|-------|-------||0|65|68|66||24|68|70|67||48|71|72|69||72|74|75|71||96|77|78|73||120|80|81|75|从表3可以看出，随着老化时间的延长，3种样品的硬度均呈上升趋势。样品A的硬度上升最为明显，老化120h后，硬度从65HA上升至80HA，上升率为23.1%；样品B的硬度上升率为19.1%；样品C的硬度上升率为13.6%。硬度上升主要是由于橡胶分子链在热氧作用下发生交联反应，导致橡胶的交联密度增加，硬度提高。（四）质量变化不同老化时间下，3种样品的质量变化情况见表4。表4不同老化时间下样品的质量变化率（%）|老化时间（h）|样品A|样品B|样品C||--------------|-------|-------|-------||24|-0.5|-0.3|-0.2||48|-1.2|-0.8|-0.5||72|-2.0|-1.5|-0.8||96|-2.8|-2.1|-1.2||120|-3.5|-2.8|-1.5|从表4可以看出，随着老化时间的延长，3种样品的质量均呈下降趋势。样品A的质量下降最为明显，老化120h后，质量下降率为3.5%；样品B的质量下降率为2.8%；样品C的质量下降率为1.5%。质量下降主要是由于橡胶中的小分子助剂（如防老剂、促进剂等）在热氧作用下挥发，以及橡胶分子链发生降解，产生小分子物质挥发。四、热空气老化性能分级评定（一）分级评定标准根据GB/T3512-2014标准，硫化橡胶热空气老化性能分级评定主要依据老化后的拉伸强度保持率、断裂伸长率保持率和硬度变化率等指标，具体分级标准见表5。表5硫化橡胶热空气老化性能分级评定标准|等级|拉伸强度保持率（%）|断裂伸长率保持率（%）|硬度变化率（%）||------|---------------------|-----------------------|-----------------||1级|≥85|≥80|≤±5||2级|≥75且<85|≥60且<80|≤±10||3级|≥60且<75|≥40且<60|≤±15||4级|≥45且<60|≥20且<40|≤±20||5级|<45|<20|>±20|（二）分级评定结果根据实验结果，计算3种样品在不同老化时间下的拉伸强度保持率、断裂伸长率保持率和硬度变化率，按照表5的分级标准进行分级评定，结果见表6。表6不同老化时间下样品的热空气老化性能分级评定结果|老化时间（h）|样品A|样品B|样品C||--------------|-------|-------|-------||24|2级|2级|1级||48|3级|2级|1级||72|4级|3级|2级||96|4级|4级|2级||120|5级|4级|2级|从表6可以看出：样品A：老化24h后达到2级，老化48h后降至3级，老化72h后降至4级，老化120h后降至5级，热空气老化性能最差。样品B：老化24h后达到2级，老化48h后仍为2级，老化72h后降至3级，老化96h后降至4级，老化120h后仍为4级，热空气老化性能优于样品A。样品C：老化24h和48h后均达到1级，老化72h和96h后降至2级，老化120h后仍为2级，热空气老化性能最优。（三）分级结果分析硫化体系对热空气老化性能的影响：样品A采用硫磺硫化体系，样品B采用过氧化物硫化体系。实验结果表明，样品B的热空气老化性能优于样品A，主要原因是过氧化物硫化体系形成的C-C键比硫磺硫化体系形成的C-S键和S-S键更稳定，在热氧作用下不易断裂，从而提高了橡胶的热空气老化性能。防老剂对热空气老化性能的影响：样品C在样品A基础上添加了防老剂RD和4010NA，实验结果表明，样品C的热空气老化性能显著优于样品A，主要原因是防老剂能够捕获热氧老化过程中产生的自由基，抑制橡胶分子链的氧化降解和交联反应，从而提高了橡胶的热空气老化性能。老化时间对热空气老化性能的影响：随着老化时间的延长，3种样品的热空气老化性能均逐渐下降。这是因为在热氧作用下，橡胶分子链的氧化降解和交联反应逐渐加剧，导致橡胶的力学性能逐渐下降，硬度逐渐上升，质量逐渐下降。五、结论与建议（一）结论3种样品的热空气老化性能存在明显差异，其中样品C的热空气老化性能最优，样品B次之，样品A最差。硫化体系对EPDM的热空气老化性能有显著影响，过氧化物硫化体系的热空气老化性能优于硫磺硫化体系。防老剂的添加能够显著提高EPDM的热空气老化性能，防老剂RD和4010NA