硅橡胶共混材料的制备

硅橡胶共混材料的制备

尽管棕榈橡胶具有良好的耐寒性和抗寒性，但其机械强度低且非常昂贵。乙丙橡胶的耐老化性能、耐化学侵蚀、耐操作性、机械性和电绝缘性都很好。缺点是钙化速度慢，融合困难，自粘性和自粘性差。优丁橡胶的弹性最好，平滑性好，耐腐蚀性差，但抗张强度和断裂强度低，工艺加工性能差。为了克服上述橡胶缺点,又能取其优点,同时降低成本,笔者试图在加入硅烷偶联剂及各种配合剂的情况下,使得三种橡胶并用,以研究出性能优异的共混材料。1实验部分1.1硅系和基胶质材料硅顺丁橡胶(BR)9000:锦州石化股份有限公司;乙丙橡胶(EPDM):230809牌号,工业级,美国杜邦公司;硅橡胶(甲基乙烯基硅橡胶):分子量58万,乙烯基质量分数为0.09%,DC车爵有机硅集团;硅烷偶联剂:KH-550,北京曙光化工总厂;硫磺:工业级,山东淄川双沟东风化工厂;过氧化二乙丙苯(DCP):分析纯,中国医药(集团)上海化学试剂公司;其它助剂均为市售工业级。1.2开发开放式炼塑机XLB-D350×350平板硫化机:上海市第一橡胶机械厂;SK-160型开放式炼塑机:天津市电工机械厂;CSS-2200型电子万能实验机:中吉应用技术研究所;401B型热老化实验箱:江都市真威试验机械有限责任公司。1.3辊距2.0mm,时间10min首先将三种胶放在双辊开炼机上进行塑炼,辊温45～55℃,辊距0.5mm,时间10min。而后加入各种助剂进行混炼,辊温50～60℃,辊距4.0mm,最后在平板硫化机上进行硫化,工艺条件:160℃×10MPa×30min。1.4硬度、耐老化性能扯断强度按GB/T528-1998测试;邵尔A型硬度按GB/T531-1999测试;耐老化性能按GB/T3512-2001测试;其它测试都按国际标准测试。2结果与讨论2.1一般设计2.1.1硅系抗混胶性能测定硅橡胶的力学性能较低,而EPDM力学性能较好,两者又都是高弹性的饱和橡胶,在偶联剂的作用下具有一定的相容性,因此本实验用KH550作偶联剂,将硅橡胶与EPDM共混,使共混物兼具硅橡胶的耐热性和EPDM的力学性能。硅橡胶/EPDM不同配比对共混胶性能影响见表1。1)(硅橡胶+EPDM)/白炭黑/硬脂酸/氧化锌/防老剂D/促进剂M/偶联剂/DCP=100/30/1/2.5/1/2.5/2.5/3(质量份)。由表1可知:随着硅橡胶用量的减少,EPDM用量的增多,共混胶扯断强度下降,邵尔A型硬度上升。分析其原因认为硅橡胶属于非结晶橡胶,且大分子间吸引力较差,分子易流动,配方中硅橡胶用量过多,混炼胶太软,不利于样品的生成如试样1。因此配方中的硅橡胶含量占得越多,邵尔A型硬度就越低,扯断强度没有明显变化,而共混物的弹性形变能力增大,导致扯断伸长率增加。从表1中还可以看到:虽然减少了硅橡胶的量,增加了EPDM的量(如试样4),但邵尔A型硬度不高。其原因可以理解为EPDM的互粘性差,它与硅橡胶不能很好地结合,因此表现出力学性能较差。所以硅橡胶/EPDM共混体系做主体材料效果不够理想,且在本对比实验中没能确定两者的最佳配比。2.1.2混合比的影响基于上面并用胶的不足,选用了与硅橡胶及乙丙橡胶相容性甚好的顺丁橡胶(BR),以改善其弹性和力学性能。硅橡胶/BR/EPDM共混比对共混胶性能的影响见表2。1)基本配方除增加硫磺(BR/硫磺=100/2.5)外,其余同表1。由表2可以看到:随着混合比的变化,邵尔A型硬度、扯断强度都发生不稳定的变化,没有什么规律可循,其中当硅橡胶/BR/EPDM共混比为20/30/50时,扯断强度和扯断伸长率最好,热老化后性能变化不大,说明热稳定性较好,只是硬度稍差。以上结果,笔者认为是顺丁橡胶起了作用。当不饱和顺丁橡胶被硫化交联后,将部分硅橡胶及少量EPDM固定在硫化的顺丁橡胶网络结构中,从而使共混物形成立体网络,使试样的力学性能增强。因此,硅橡胶/BR/EPDM的并用比确定为20/30/50。2.1.3白炭黑的用量补强填充剂在橡胶制品中已经成为一个不可缺少的部分,白炭黑在橡胶工业中起补强作用,提高其力学性能,并降低其成本。如上所述硅橡胶/BR/EPDM并用胶的硬度较低,这可通过加入炭黑给予补强。根据硅橡胶结构,笔者选择了白炭黑作为补强剂,白炭黑是水合二氧化硅,与硅橡胶具有很好的相容性,另外用白炭黑补强的橡胶产品,可用于彩色橡胶制品。在前面的实验中白炭黑的用量为30份,以下实验将增加白炭黑的用量,白炭黑的用量对混合胶性能的影响见表3及图1。1)硅橡胶/BR/EPDM=20/30/50,其它助剂除白炭黑外与表2相同。由表3可知:随着补强剂白炭黑用量的增加,共混胶的硬度逐渐增加,扯断强度变化不大,扯断伸长率及热老化性能变化越来越小,如图1所示。说明随着白炭黑的增加,共混胶的热稳定性增强。其原因是硅橡胶及乙丙橡胶是非结晶橡胶,所以不能自补强,在橡胶配合剂中需要加补强剂。但白炭黑也不能加得太多,如试样15加入85份白炭黑后胶料不能混合,即胶料不能吸粉超过80份,故未做成样品及做性能测试。故选择白炭黑加入量为80份。2.1.4橡胶/br/epda防老剂np的性能硫化体系对共混胶的性能影响较大,硅橡胶、EPDM属于饱和橡胶,故适合用有机过氧化物作硫化剂,橡胶工业上最常用两种过氧化硫化剂是过氧化二异丙苯(DCP)和过氧化二苯甲酰(BPO),顺丁橡胶是不饱和橡胶,适合用硫磺作硫化剂。为获得较好的综合性能,硫化体系采用硫磺/DCP和硫磺/BPO。硫磺和DCP及BPO用量对共混胶性能影响见表4。1)硅橡胶/BR/EPDM/白炭黑/硬脂酸/氧化锌/防老剂D/促进剂M/偶联剂=20/30/50/80/1/2.5/1/2.5/2.5(质量份)。表4中试样16和试样23没有形成共混物。可理解为试样16单纯用了一种硫磺作硫化剂,它只能硫化占体系中少量的顺丁橡胶,而硅橡胶和EPDM没有硫化,故样品不能形成共混橡胶体,而试样23用的硫化剂是BPO,它只能硫化少量的EPDM,对BR和硅橡胶基本不起作用。故试样23也没有测试结果。由表4、表3还可以看出:过氧化物硫化剂与硫磺并用的硫化剂的硫化效果好于单一硫化剂如硫磺、DCP和BPO;而硫磺/DCP作硫化剂硫化效果明显好于硫磺/BPO。这主要是因为硅橡胶适合用DCP作硫化剂,所以在对硅橡胶/BR/EPDM的并用体系中,硫化剂DCP要比BPO更适合。且硫磺/DCP并用比为2.5/2.5时共混胶性能最好。因此硫化体系确定为硫磺/DCP=2.5/2.5。综上所述,确定了并用胶生产配方:(硅橡胶+BR+EPDM)/白炭黑/硬脂酸/氧化锌/防老剂D/促进剂M/硫磺/DCP/KH550=(20+30+50)/80/1/2.5/1/2.5/2.5/2.5/2.5(质量份)。2.2改性景观剂的制备上述最佳配方下的共混胶样品性能与3种橡胶硫化后样品性能比较见表5。1)顺丁橡胶所用硫化剂为硫磺2.5份;EPDM和硅橡胶所用硫化剂为DCP2.5份。在表5中,硅橡胶未能形成共混物,故没有测试结果。由表5还可以看到本实验研究的共混并用胶其性能好于单一组分的橡胶,如扯断强度、邵尔A型硬度及热老化性能都优于BR、硅橡胶和EPDM的性能。扯断伸长率略低BR,这主要是由于弹性稍差的EPDM和硅橡胶加入所至。3不同强化剂的胶/epd和白炭黑的改性胶/水胶eb(1)采用硅橡胶/BR/EPDM并用(20/30/50)是可行的,且共混胶的性能要好于