汽車用EPDM/EVA共混密封膠料的研究

蘇朝化1， 田豐2， 王小磊3

(1.中原工學(xué)院, 鄭州 450007； 2.河南機(jī)電高等專科學(xué)校, 河南 新鄉(xiāng) 453003；

3. 河南樂山電纜有限公司， 河南 駐馬店 463000)

摘要：以EPDM/EVA為主體材料、DCP/TAIC 為硫化體系、TMTD/DM為硫化促進(jìn)劑、MB/DNP為防老劑、1010為抗氧劑、汽缸油/石蠟為軟化劑、槽法炭黑為補(bǔ)強(qiáng)劑、超細(xì)滑石粉/碳酸鈣為填充體系，制備汽車用EPDM/EVA共混密封膠料，對密封膠料性能進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：EPDM/EVA密封膠料性能優(yōu)良，適用于汽車密封膠料的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：三元乙丙橡膠(EPDM)；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；汽車；密封材料

中圖分類號：TQ333.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1671-6906.2015.03.016

Abstract：In this paper, the automobile sealent of the EPDM/EVA blend is studied. The material is prepared using EPDM/EVA as main body, DCP/TAIC as vulcanization system, TMTD/DM as vulcanization accelerator, MB/DNP as anti-aging system, 1010 as antioxidant, Cylinder oil/wax as the softener, Channel black as reinforcing system and Ultrafine talc/calcium carbonate as filler system. The properties of the automobile sealent material are demonstrated by a series of experiment means. The results indicate that the automobile sealent material is with excellent performance and is suitable for automobile sealant material production.

收稿日期：2015-03-30

基金項目：NSFC-河南人才培養(yǎng)聯(lián)合基金項目(U1204509)

作者簡介：楊子勝(1979-)，男，河南新鄉(xiāng)人，講師，碩士，主要研究方向為建筑工程管理與方案優(yōu)選。

文章編號：1671-6906(2015)03-0072-04

目前，我國已成為汽車生產(chǎn)和銷售的第一大國，汽車密封膠料的用量非常大。密封材料由于特殊要求，需具備較好的耐熱、耐氧化、抗老化和物理機(jī)械性能。三元乙丙橡膠(EPDM)具有優(yōu)良的耐老化性能，是汽車密封膠料的首選材料[1]。但是EPDM自粘性差、硫化速度慢，給生產(chǎn)加工帶來一定的困難，而且價格昂貴。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有優(yōu)良的加工性能，與EPDM相容性非常好，價格也較低。EVA與EPDM共混可顯著改善EPDM的加工性能，使其具有優(yōu)良的耐老化性、耐熱性和耐寒性等性能，且能降低汽車用密封材料的價格[2]，因此研究EPDM/EVA共混密封膠料具有重要的意義。

1實驗

1.1原材料

本文選用EPDM 2722和EVA460作為汽車用密封膠料的主體材料。

EPDM2722、EVA460：杜邦公司生產(chǎn)；TMTD(二硫化四甲基秋蘭母)、DM(二硫化二苯并噻唑): 焦作騰飛助劑有限公司生產(chǎn)；ZnO：鞏義市中南化工助劑廠生產(chǎn)；MB(2-硫醇基苯并咪唑)、DNP( N,N′-二-β-萘基對苯二胺)：華星(宿遷)化學(xué)有限公司生產(chǎn)；抗氧劑1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯)：北京化工二廠生產(chǎn)；石蠟：上海石化公司生產(chǎn)；汽缸油：中石化洛陽分公司生產(chǎn)；DCP(過氧化二異丙苯)：天津市阿克蘇化工公司生產(chǎn)；TAIC(三烯丙基異氰脲酸酯)：瀏陽化工公司生產(chǎn)；碳酸鈣：鄭州騰達(dá)化工廠生產(chǎn)；超細(xì)滑石粉：江陰市廣源超微粉有限公司生產(chǎn)；槽法炭黑：鞍山化工公司生產(chǎn)。

1.2制備工藝和性能測試

在開煉機(jī)上將不同組分的原材料進(jìn)行混煉，將混好的膠料在165 ℃硫化機(jī)上模壓25 min。在大規(guī)模生產(chǎn)中，混煉膠料及添加硫化劑在75 L捏煉機(jī)上進(jìn)行。

試樣性能按GB/T 2951.11-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2結(jié)果與討論

2.1EPDM/EVA配比對膠料性能的影響

由表1可知，當(dāng)EPDM和EVA配比為88∶12時，共混膠料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率較大。這是因為EVA添加量較多，EVA的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率比EPDM大的緣故。但是EVA添加量不能過多，因為EVA的密封性能及柔軟性較EPDM差。因此，當(dāng)EPDM和EVA配比為88∶12時共混膠料的綜合性能較好。

表1　EPDM/EVA配比對膠料性能的影響

注：促進(jìn)劑DM:1份； 促進(jìn)劑TMTD:1份；活化劑ZnO:5份；硫化劑DCP：3.5份；硫化劑TAIC:3份；軟化劑石蠟：4份；汽缸油：5份；防老劑DNP:3份； 防老劑MB:1份；抗氧劑1010：1份；超細(xì)滑石粉：60份；碳酸鈣：40份；高耐磨炭黑：20份。

2.2硫化劑和助交聯(lián)劑對膠料性能的影響

根據(jù)EPDM/EVA密封膠料加工性能要求，本研究將DM和TMTD并用以達(dá)到硫化促進(jìn)的作用。將DCP作為硫化劑。其硫化膠具有良好的動態(tài)性能，壓縮永久變形小，彈性和耐老化性能均較好。助交聯(lián)劑對EPDM/EVA膠料性能的影響如表2所示。

由表2可知，有機(jī)過氧化物DCP與助交聯(lián)劑并用可降低永久變形及斷裂伸長率，使拉伸強(qiáng)度提高。 TMPTMA、 EDMA等甲基丙烯酸的酯類共硫化劑會縮短EPDM/EVA的焦燒時間；TAIC、TAC烯丙酯類共硫化劑則不會影響EPDM/EVA的焦燒時間，是EPDM/EVA理想的助交聯(lián)劑[3]，因此助交聯(lián)劑采用TAIC。綜合考慮，DCP的合適用量為3～4份，TAIC合適用量為2.5～3.5份。

表2　助交聯(lián)劑對膠料性能的影響

注：基本配方為EPDM:88份；EVA:12份；促進(jìn)劑DM:1份；TMTD:1份；活化劑ZnO:5份；硫化劑DCP：3.5份；軟化劑石蠟：4份；汽缸油：5份；防老劑DNP:3份,MB:1份；抗氧劑1010：1份；超細(xì)滑石粉：60份；碳酸鈣：40份；高耐磨炭黑：20份。

DCP受熱會產(chǎn)生游離基，引起交聯(lián)反應(yīng)，在有酸性物質(zhì)的情況下，DCP易發(fā)生離子型分解，降低其利用效率，且進(jìn)一步加速聚合物的分解，因此本配方體系不添加酸性物質(zhì)[3]。

2.3補(bǔ)強(qiáng)填充體系

根據(jù)橡膠的加工性能，采用槽法炭黑作為本配方的補(bǔ)強(qiáng)劑。為改善混煉及擠出工藝性能，降低材料成本，需要添加一定的填充劑。碳酸鈣和超細(xì)滑石粉能使膠料具有良好的擠出加工性能，因此，采用碳酸鈣和超細(xì)滑石粉作為本配方體系的填充劑。

由表3可知，在EPDM/EVA中添加槽法炭黑對膠料的補(bǔ)強(qiáng)效果很好，但添加量太大時，粘度較大，在混煉過程中膠料熱量也比較大，使加工難以進(jìn)行[4]。添加填充劑可降低材料成本，增加材料體積，改善材料性能。超細(xì)滑石粉及碳酸鈣用量增大，材料的密度增大，斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度變小，門尼粘度增加；用量過多時，門尼粘度太大，生產(chǎn)加工不宜進(jìn)行。

槽法炭黑添加量為15～25份，超細(xì)滑石粉和碳酸鈣的添加量分別為50～70份和30～50份。

2.4防老劑和抗氧劑

EPDM/EVA密封材料容易發(fā)生耐候老化，因此，有必要引入抗氧劑和防老劑以獲得比較理想的防老化效果。

根據(jù)材料加工性能和耐候性能要求，本研究體系防老劑選用MB和DNP，抗氧劑選用1010[4]。

表3　補(bǔ)強(qiáng)填充劑對膠料性能的影響

注：基本配方為EPDM:88份；EVA:12份；促進(jìn)劑DM:1份,TMTD:1份；活化劑ZnO:5份；硫化劑DCP：3.5份；TAIC：3份；軟化劑石蠟：4份；汽缸油：5份；防老劑DNP:3份,MB:1份；抗氧劑1010：1份。

2.5活化劑

氧化鋅(ZnO)作為汽車密封材料的活化劑，能加快膠料硫化速度，提高硫化程度，使膠料拉伸強(qiáng)度增加，提高材料耐溫性能[5]。氧化鋅用量為5份。

2.6軟化體系

根據(jù)EPDM/EVA密封材料加工性能要求，本配方軟化體系為汽缸油及石蠟[6]。

2.7優(yōu)化配方

確定汽車用EPDM/EVA密封膠料的優(yōu)化配方為：EPDM：88份;EVA：12份;促進(jìn)劑DM：1份；TMTD：1份；活化劑ZnO：5份；硫化劑DCP：3.5份；TAIC：3份；軟化劑石蠟：4份，汽缸油：5份；防老劑DNP：3份，MB：1份；抗氧劑1010：1份；槽法炭黑：20份；超細(xì)滑石粉：60份；碳酸鈣：40份；其他：3份。根據(jù)優(yōu)化配方制備密封膠料，測試其性能，如表4所示。

3混煉工藝

材料混煉在75 L捏煉機(jī)上加工。

一段混煉(7～9 min)的加料順序為：EPDM、EVA、抗氧劑、防老劑、活性劑、促進(jìn)劑、超細(xì)滑石粉、碳酸鈣、槽法炭黑、石蠟、汽缸油；最后排膠(約125 ℃)。

二段混煉(3～4 min)的加料順序為：一段混煉膠、TAIC 、DCP；最后排膠(約115 ℃)[3]。

EPDM/EVA密封膠料一段排膠溫度比EPDM密封膠料排膠溫度低5℃，二段排膠溫度與EPDM密封膠料排膠溫度相同。在混煉過程中設(shè)備負(fù)荷穩(wěn)定并且較小，說明EPDM/EVA密封膠料混煉工藝性能優(yōu)良。

表4　優(yōu)化配方膠料的性能

4汽車密封膠條性能

研究了汽車密封膠條，優(yōu)化了配方工藝，獲得的膠條外觀均勻，表面光滑，性能達(dá)到指標(biāo)要求(見表5)。

由表5可知，EPDM/EVA密封膠條主要性能指標(biāo)比EPDM密封膠條主要性能指標(biāo)好，說明EPDM/EVA密封膠條性能優(yōu)良。而且，汽車用EPDM/EVA共混密封膠條價格比汽車用EPDM密封膠條價格下降2 250元/t。

表5　汽車密封膠條性能

5結(jié)語

(1)以EPDM/EVA為主體材料、DCP/TAIC 為硫化體系、TMTD/DM為硫化促進(jìn)劑、MB/DNP為防老化劑、1010為抗氧劑、汽缸油/石蠟為軟化劑、槽法炭黑為補(bǔ)強(qiáng)劑、超細(xì)滑石粉/碳酸鈣為填充體系，制備出性能優(yōu)良的汽車密封膠料，已用于汽車密封膠料的實際生產(chǎn)。

(2)研制出的汽車用EPDM/EVA共混密封膠料，物理機(jī)械性能優(yōu)良，工藝性能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)研制出的汽車用EPDM/EVA共混密封膠料價格比汽車用EPDM密封膠料有大幅度的下降。

參考文獻(xiàn):

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[6]肖風(fēng)亮，李翔宇. 橡膠密封制品[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

(責(zé)任編輯：席艷君)

Study on the Automobile Sealent of the EPDM and EVA Blend

SU Chao-hua1， TIAN Feng2， WANG Xiao-lei3

(1.Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007;

2.Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453003;

3.Henan Leshan Cable Co.,Ltd., Zhumadian 463000, China)

Key words:EPDM； EVA； automobile； sealant material