NR/EPDM合金弹性体的制备及其耐热老化性能研究

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随着科技的进步,航空航天、汽车、化工等领域对橡胶制品的要求越来越高,单一的通用橡胶已经难以同时满足其耐高温、高性能等方面的要求。天然橡胶(NR)具有优异的回弹性、电绝缘性、耐弯曲疲劳等物理机械综合性能;三元乙丙橡胶(EPDM)具有优异的耐热氧老化、绝缘、耐水和耐腐蚀性能,将NR与EPDM并用以期获得优异的综合性能引起了科研人员的关注。由于NR不饱和度较大,硫化速度快,而EPDM主链是完全饱和的,仅在侧链含有少量的双键,不饱和度低,硫化速度慢,实现两者的同步共硫化是NR/EPDM并用改性的难点。本文选用马来西亚的STR10CV天然橡胶和德国朗盛三种不同第三单体含量的三元乙丙橡胶进行并用。研究EPDM的第三单体降冰片烯ENB含量(4.2%、6.5%、9.0%)和不同硫化体系对NR与EPDM共硫化的影响。比较发现,ENB含量越高,硫化速率随之加快,力学性能也有一定提升。ENB含量为9.0%(EPDM 6950C)的空白配方时,其正硫化时间t90为14.18 min,EPDM硫化胶的拉伸强度达到18.4 MPa。比ENB含量为4.2%(EPDM 2470S)的t90缩短6.35 min,拉伸强度提高了73%。当NR采用S/CZ/TRA/MBT/ZBPD的低速硫化体系、EPDM 6950C采用S/TDEC/TRA/CZ/TMTD的高速硫化体系时,它们的正硫化时间分别为3.43 min和4.11 min,其合金弹性体的拉伸强度从9.8 MPa增加至15.8 MPa,可以实现NR与EPDM 6950C(60:40)的良好共硫化。经过100℃×72 h热氧老化后的拉伸强度保持率从57%增加至72%,断裂伸长率的保持率从44%提高到71%。研究NR/EPDM合金弹性体的并用比、混炼工艺、不饱和羧酸盐甲基丙烯酸锌(ZDMA)以及防老剂对NR/EPDM合金弹性体性能的影响,并采用RPA、SEM、TEM、DMA等对其进行表征。结果表明,随着EPDM组分的增加,合金弹性体拉的伸强度和断裂伸长率呈现先减小后增加趋势,硬度呈现逐渐增大趋势。动态力学分析仪DMA和透射电镜TEM分析表明,NR/EPDM并用比为60/40时相容性较好。使用四种不同分步混炼工艺研究制备NR/EPDM合金弹性体,结果显示采用先制备NR与EPDM母炼胶再混炼的工艺制备的合金弹性体综合性能优于其他制备工艺。ZDMA对NR/EPDM合金弹性体有很好的补强增韧和抗热氧老化效果。当ZDMA添加量为2份时,NR/EPDM合金弹性体拉伸强度从15.8 MPa增加至16.5 MPa;断裂伸长率从285%升至315%。100℃×72 h的热氧老化实验的拉伸强度保持率由空白样的71%提升至76%。热氧老化实验结果显示,较高喹啉聚合物含量的防老剂STMQ(有效成分二、三、四聚体含量高的2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合物)和胺类复配防老体系(防老剂A/B/C)可以使NR/EPDM合金弹性体获得良好的耐热老化性能。采用防老剂STMQ替代防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉各种多聚体的混合物),经过100℃、72 h耐热氧老化实验NR/EPDM(60/40)合金弹性体的拉伸强度保持率由76%提高到80%,断裂伸长率保持率由74%提高到81%;使用胺类复配防老剂替代防老剂4010NA,100℃、72 h耐热氧老化实验的拉伸强度保持率由76%提高到84%,断裂伸长率保持率由74%提高到80%。TG结果分析表明,采用STMQ/4010NA防老体系和胺类复配防老体系/4010NA防老体系的NR/EPDM合金弹性体的热稳定性均有所提升。
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