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三元乙丙膠在橡膠密封條上的應用

時間:2019-11-13 1807 次瀏覽

信息摘要:橡膠密封條其主要性能是耐日光和臭氧老化,因此采用三元乙丙橡膠生產密封條,市場遠景廣闊,很有發展前途。

車輛門窗密封條是車輛上防塵、擋雨的關鍵部件,它的好壞直接影響著車輛的密封、防塵和擋雨的效果。我公司以前主要用氯丁橡膠來生產密封條,因此產品使用壽命短,外觀質量差加上生產工藝難以控制,勞動強度大,生產效率低,已不能滿足汽車工業的發展需要,必須加以改進和提高。

據統計,國外汽車密封條的使用壽命一般與汽車的使用壽命相同,在10年以上,而國產橡膠密封條壽命一般只有2~5年,甚至更短,其主要原因是國外橡膠密封條均采用三元乙丙橡膠(EPDM)生產。密封條其主要性能是耐日光和臭氧老化,因此采用三元乙丙橡膠生產密封條,市場遠景廣闊,很有發展前途。

1、膠種的選擇及膠料特性

由于車輛門窗密封條直接暴露于室外,長期受光、熱、氧的侵蝕,而EPDM聚合物的飽和分子結構決定了其耐臭氧和耐天候老化的優良特性,其膠料一般情況下無須添加防老劑和其它特殊配合劑便可適應室外的苛刻條件。普通使用氯丁橡膠生產密封條,由于產品質量差,使用壽命短,滿足不了車輛使用要求。現應采用EPDM生產密封條,下面將氯丁橡膠(CR)和三元乙丙橡膠(EPDM)在光、熱、氧作用下變化結果列表1。

氯丁橡膠與三元乙丙橡膠對比

氯丁橡膠與三元乙丙橡膠對比

通過表1~3,說明三元乙丙橡膠(EPDM)在耐光、熱、臭氧老化作用方面明顯優于氯丁橡膠(CR)。

三元乙丙橡膠由于牌號較多,不同牌號的三元乙丙橡膠在性能上有很大區別,我公司主要采用的是意大利生產的9038/EP三元乙丙橡膠。9038/EP采用乙叉降冰片烯為第三單體,磺值高,門尼粘度為ML1+4(125℃)時為65,由于此種三元乙丙膠門尼粘度值大,因此可進行高填充,經過高填充后,既降低膠料成本,又賦予膠料好的擠出性能。

2、配合

三元乙丙橡膠雙鍵數目少,硫化速度慢,所以膠料硫化劑和促進劑的選擇是非常重要的。硫磺和過氧化物都可以做為三元乙丙橡膠的硫化劑,但由于過氧化物硫化的三元乙丙橡膠膠料成本高,硫化時間長,耐熱撕裂性也低于硫磺硫化的膠料,所以選用了硫磺為三元乙丙膠的硫化劑。硫磺在三元乙丙膠中溶解度較小,易噴霜,因此在配合中不宜多用,但又為了加速硫化速度宜采用低硫高促的配合體系:促進劑宜選用超促進劑,并且是多種促進劑并用,使它們之間產生協同效應,縮短硫化時間和提高交聯密度,現將促進劑CZ、PZ、DTMP、BZ對膠料的作用列于表4。

三元乙丙橡膠密封條

通過表4發現并用DTDM、CZ、PZ、BZ時硫化膠的拉伸強力、扯斷伸長率最好,硬度和變形也符合GB7526-87標準1-1的標準。

在硫化條件為溫度170℃,時間5min所得的硫化膠硫化曲線如圖1。

實驗設備硫化儀試驗程10NM,最低轉距0.8NM,最大轉距2.65NM,焦燒時間2min,正硫化時間5min。

由于三元乙丙膠本身強力低,只有加入補強劑后才能有較高的強力。補強劑在三元乙丙膠中的補強效果主要取決于補強劑的粒子大小、比表面積、結構、表面化學性質及其在膠料中的分散度和結構化狀況,根據這一特性,我們選用快壓出爐黑和通用爐黑。因快壓出爐黑和通用爐黑的粒徑 較大,易分散于膠產中而且硫化膠的拉伸強度較高,變形小,彈性好。為了便于更好的分散,縮短混煉時間,賦于膠料好的加工工藝性能,又填加了定量的滑石粉。通過實驗可知在三元乙丙膠中炭黑用量的增加可提高膠料的拉抻強度。增加膠料的硬度,但伸長率會隨著炭黑用量的增加而降低。

活性劑采用氧化鋅和硬脂酸并用,氧化鋅與硬脂酸并用可生成硬脂酸的鋅鹽,這種鋅鹽在橡膠中有較大的溶解能力,并且能與多種硫化基作用,促進橡膠大分子交聯。

本配合采用了石臘油做為軟化劑,因石蠟油含揮發成份少,重量損失小,粘度大,開口閃點達235℃以上,非常適用于高溫熱連續硫化,石蠟油用量的大小對三元乙丙膠料的性能有很大影響,扯斷強度隨石蠟油用量增加而下降,伸長率隨石蠟油用量增加而上升,硬度隨著石蠟油用量增加而下降,變形隨石蠟油用量增加而加大。

在膠料中加入補強填充劑后,軟化劑的填充量可達70份,可達物性標準,并可大大降低含膠率和成本。

三元乙丙膠的一個突出特點是橡膠分子缺乏極性基團,橡膠的極性小,因此膠料必須添加極性劑,方可用于微波生產。

聚乙烯乙二醇(PEG)長鏈分子上含有羥基極性基團熔點低,在溫度達56℃時即開始溶化。因此,易與三元乙丙膠混合,實驗表明,添加PEG后的膠料,其生產效果是良好的。

經過上述實驗,確定了適于微波熱空氣連續硫化的密封條配方:EPDM-100,S-1.5;多種促進劑-5.1,SA-1.0,ZNO-5,PEG-5,通用CB-40,快壓出CB-80,滑石粉-65,石臘油-70,合計372.6含膠率26.8%。

3、混煉

三元乙丙膠9038/EP門尼粘度較高,用開煉機混煉不易“包輥”,吃粉困難,宜用密煉機混煉。經過多次實驗認為采用二段混煉效果好,第一段在密煉機上制成煉膠,第二段采用開煉機混煉。

第一段:生膠-活性劑、炭黑、極性劑、石蠟油(一半)-填充劑、石蠟油(另一半)、-排膠。

第二段:母煉膠-促進劑-硫磺-薄通三遍-打三個三角包二個卷一下片-混煉膠。

第一段工藝參數混煉時間15min,上頂栓壓力6~8MPa,溫度140±5℃。

第二段工藝參數為混煉時間10min,輥溫60℃,輥距5~7mm,薄通輥距0.5~1.5mm。

4、成品性能

此種膠料完全適合微波熱空氣連續硫化生產工藝,其成品經裝車試驗符合汽車工作條件要求。物性標準見表5。

三元乙丙橡膠密封條對照表

5、結論

(1)此種膠料硫化體系適合微波熱空氣高溫連續硫化生產要求,并賦予膠料好的物理機械性能:此種膠料的配合賦予膠料好的加工工藝性能,完全滿足密封條連續生產制造工藝要求。

(2)用此膠料制造的密封條比采用氯丁膠制造的密封條使用壽命提高3~5倍。

(3)由于釆用高溫密煉混煉工藝,增強了膠料的物理機械及加工工藝性能。