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25杨孝栋橡胶坝袋用三丙外胶的配方优化第3 期村料配方橡胶坝袋用三元乙丙外胶的配方优化杨孝栋（山东省核工业二七三地质大队，山东烟台265300)摘要：本研究对橡胶坝袋用三元乙丙橡胶（EPDM）的配方进行了优选。研究发现，以EPDM为主，天然橡胶和顺丁橡胶为辅，能明显提高外胶和贴布胶的层间分离强度；经优选后的配方具有良好的综合质量，其质量达到了相应的要求。关键字：橡胶坝外胶；三元乙丙橡胶；顺丁胶；天然橡胶；层间分离性能1前言橡胶坝是一种水利建筑，户外的自然条件是其坝袋的主要使用环境，通过实验研究和实际应用，其一般正常使用寿命是2 0 年。所以，对于橡胶坝的外胶，必须具有耐水性、耐酸碱和耐老化特性，特别是耐臭氧和紫外线老化特性。乙丙橡胶的分子主链饱和度高，化学结构稳定，故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，具有良好的耐化学品、电绝缘性能、冲击弹性、低温性能、低密度和高填充性及耐热水性和耐水蒸气性等。这些突出的性能，使得乙丙橡胶在汽车和建筑用密封条、防水卷材、橡胶水坝、船舶部件、户外帐篷等耐候性要求极高的场合，始终保持着最大的市场应用份额2 。随着多年来橡胶坝袋技术的不断发展，以三元乙丙橡胶（EPDM）为橡胶坝袋的外胶已经成为业界的普遍看法。作者简介：杨孝栋（19 7 9 一），男，山东青岛人，工程师。主要从事胶布类橡胶产品的生产工艺和配方改进工作。虽然EPDM具有很多优势，但由于EPDM的烃类特性导致胶料的化学反应性较弱，非极性和低的表面能，导致了其黏合性差等缺陷。由此可见，未经优化的EPDM配方作为橡胶坝袋的外胶，存在层间粘合度低，硫化过程易脱层等问题。天然橡胶（NR）的结构主要是大分子的链结构，分子量及其分布和聚集态结构，天然橡胶的大分子链结构单元是异戊二烯，大分子链主要是由聚异烯构成，橡胶中含量占9 7%以上，其分子链上有醛基，每条大分子链上平均有一个，正是醛基在发生缩合或与蛋白质分解产物发生反应形成支化，交联，使得橡胶，较好的自粘性和互粘性，因此以EPDM作为主胶种，并用一部分天然橡胶，理论上可以改善EPDM的层间粘合性能。但是，由于EPDM与NR硫化系统中硫化剂、助剂在两种胶料中的溶解度差异较大，导致两种胶料在硫化过程中的硫化速率及程度差异较大，会存在橡胶相间交联键分布不均的问题，故在使用时需要同时考虑两种胶料的协同硫化。研究表明，采用过氧化物硫化，能很好的解决协同硫化问题，EPDM与NR能以各种比例并用。所以，这一工作选择了以过氧化物交联262023年第49 卷现代橡胶技术剂(DCP)为配方中的硫化剂。顺丁橡胶具有良好的自粘性、加工性能和物理性能3，加入到EPDM中可以进一步改进配方的粘合性。鉴于顺丁橡胶抗老化性能不佳，而且在该配方中，已有一定数量的NR加入，故选用的是小比例的顺丁胶。本研究拟在EPDM中添加NR、顺丁橡胶对其进行改性，在对EPDM耐久性影响不大的前提下，显著改善其层间粘合力，为研制出具有优异综合性能的EPDM配方奠定基础。2实验部分2.1原材料EPDM，牌号KEP7141，K EP6 59 0 E，由韩国锦湖公司提供；5#标胶，由海南天然橡胶产业集团股份有限公司提供；顺丁橡胶BR9000，由中国石油公司提供；交联剂DCP，由上海高桥公司提供；石蜡油、防老剂40 10 NA、石油改性树脂、炭黑、氧化锌、硬脂酸均是工业级，产品，购于普通市场。2.2配方试验产品配方如表1所示。表1试验配方表材料用量（质量份）EPDM变量5#标胶变量BR9000变量交联剂DCP变量炭黑N33060石蜡油18石油改性树脂8防老剂40 10 NA1.5氧化锌5硬脂酸1硫磺0.62.3主要设备和仪器主要设备和仪器如表2 所示。表2主要设备和仪器设备名称型号厂家橡胶无转子硫化HT-6001C江凯(苏州)仪器科仪技有限公司橡塑实验密炼机BS-3L昆山宝塑机械设备有限公司双辊开炼机XK-160扬州昌哲试验机械有限公司平板硫化机XLB隆德利机械制造公司硬度计GSD-719J-R高铁检测仪器（东莞）有限公司万能材料拉力机AI-7000-SU/MU高铁检测仪器（东莞）有限公司老化试验机GT-7017-EL1高铁检测仪器（东莞）有限公司2.4试样制备在密炼机上依次加入生胶、小料、炭黑与石蜡油密炼，达到一定温度后排胶，下片。胶料冷却一定时间后再加入密炼机并加入交联剂DCP二段混炼、下片。混炼胶在室温下停放2 4h后，将胶料制成物性试片和剥离试片，在平板硫化机上硫化，硫化条件为150（To十5min）8 M Pa。硫化后在室温调制2 4h后进行测试。2.5性能测试按照GB/T16584一19 9 6 橡胶用无转子硫化仪测定硫化特性测试硫化曲线；按照GB/T531.1一2 0 0 8 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）测试硬度；按照GB/T5282009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定测试拉伸性能，拉伸速率均为50 0 mm/min；按照GB/T35122014硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验测试耐热空气老化性能；按照GB/T532一27第3期杨孝栋.橡胶坝袋用三丙外胶的配方优化2008硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定测试剥离强度。3结果与讨论3.1交联剂DCP用量对硫化胶性能的影响表3不同交联剂DCP用量对胶料性能的影响交联剂DCP用量/份项目7891011邵尔A型硬度/度5456606163100%定伸应力/MPa1.922.342.56 2.172.13拉伸强度/MPa11.612.513.712.111.8扯断伸长率/%460500560510440拉断永久变形/%1415151413注：添加不同用量的交联剂DCP硫化胶的物理特性如表3所示，其中KEP7141的添加量为2 0 质量份，KEP6590E添加量为6 0 质量份，5#标胶添加量为2 0 质量份。从表1中可以发现，随着交联剂DCP的增加，在9份之前，硫化胶硬度、定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形都呈现出了上升的趋势。当DCP用量超过9份后，硫化胶定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形都呈现出了下降的趋势。这表明，随着DCP含量的增加，硫化后的硫化胶中的交联密度也会随之增加。综上所述，在9份的交联剂时，配方综合物理性能是最好的，所以以9份的交联剂DCP为依据，进行下一步的实验，进行了进一步的研究。3.25#标胶及BR9000不同用量对硫化胶层间粘合性能的影响根据5#标胶及BR9000地不同用量，确定表4中的7 个实验配方。采用表4中的配方制成了硫化胶。测试基本物理性、层间粘合强度及耐热空气老化性能，结果如表5所示。表4不同5#标胶和BR9000用量下的实验配方胶料用量/份项目1#2#3#4#5#6#7#KEP714120202020202020KEP6590E706560555553505#标胶10152025202020BR900000005710注：配方中其他配料按DCP为9质量份，炭黑为6 0质量份，石蜡油为18 质量份，石油改性树脂为8 质量份，防老剂40 10 NA为1.5质量份，氧化锌为5质量份，硬脂酸为1质量份，硫磺为0.6 质量份。表5不同5#标胶和BR9000用量的试验数据硫化胶性能(150 C40min)项目1#2#3#4#5#6#7#邵尔A型硬度/度60616061616260100%定伸应力/MPa2.322.412.562.582.572.602.51拉伸强度/MPa11.312.613.713.812.6412.5112.22拉断伸长率/%460505560575555538513层间粘合强度N/mm1.51.82.23.14.35.65.7100、96 h邵尔A型硬度变化/度4456568热空气老化拉伸强度变化率/-4.1-6.3-7.1-8.5-7.4-8.1-9.6拉断伸长率变化率/%-5.2-6.3-7.2-9.1-7.3-7.9-9.8层间粘合强度N/mm1.41.62.72.94.45.35.4.282023年第49 卷现代橡胶技术从表5可以看出，随着5#标胶在配方中用量的增大，硫化胶和贴布胶的层间粘合力呈现出上升的趋势；但当5#标胶用量达到2 0 质量份时，随着5#标胶用量的增加，试样的层间粘合力增大的趋势不显著，并且硫化胶的热空气老化后性能有了较大的降低，由此，可以认为5#标胶较合适的用量为2 0 质量份。为持续改善层间的粘接性能，将BR9000橡胶加入到配方中。由表5中5#、6#、7#数据可知，在配方中使用BR9000橡胶，硫化胶的层间粘合强度得到了很大的提高，并且，随着BR9000橡胶的含量的增加，其层间粘合强度也会随之增加。但是，在高温环境下，随着BR9000橡胶含量的增加，其耐热性有降低的趋势。当BR9000用量在7 质量份时，硫化胶的综合性能最为优良。当BR9000用量超过7 质量份时，硫化胶的层间结合强度没有显著的提高，而在热空气老化后，硫化胶的性能有显著的降低。所以，在该配方中，7 质量份的BR9000用量是比较适宜的。资讯速递4结论以EPDM为主胶种，并用2 0 质量份5#标胶，7质量份BR9000橡胶，DCP交联剂用量为9质量份时，硫化胶的物理性能、耐老化性能均较好，综合性能优异。使用此优化配方胶料制备的橡胶坝袋覆盖胶可以较好地满足生产工艺、产品性能和成本要求。参考文献：1高本虎橡胶坝工程技术指南（第二版）M.北京：中国水利水电出版社，2 0 0 6.2唐斌,李晓强王进文乙丙橡胶应用技术M北京：化学工业出版社，2 0 0 5.3白雪涛，窦艳丽，牟建新，孙国恩，张春玲橡胶在轮胎中的应用及研究进展J弹性体，2 0 10(4)：8 8-92.中国热带农业科学院在天然橡胶研发上取得重要进展2月7 日，记者从中国热带农业科学院获悉，采用该院自主研发的航空轮胎专用天然橡胶试制的ARJ21飞机主轮胎等12 个规格轮胎，日前成功通过动态模拟试验验证。这表明该院在航空轮胎专用天然橡胶生产加工技术研发上取得了重要进展。该动态模拟试验在航空胎刹车试验中心进行，在最大负载和最大速度的条件下，验证轮胎胎体结构及材料的适用性。试验后，轮胎与轮辋之间无滑移，轮胎完好无损，12 个规格轮胎全部通过了动态试验验证，为下一步试航取证打下了基础。据了解，本次使用的航空轮胎专用天然橡胶是以中国热带农业科学院具有自主知识产权的橡胶树品种作为种植材料，配套科学的栽培管理措施，创新加工工艺研制而成，与进口烟胶片相比，撕裂强度更优、回弹性提高8%10%、磨耗量减少12%2 4%，能较好满足航空轮胎性能的需要。（王月供稿）