CN102093644B - 一种三元乙丙橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的提供了一种综合性能优秀的三元乙丙橡胶组合物及其制备方法。所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，由三元乙丙橡胶75-90质量份、氯磺化聚乙烯橡胶10-25质量份、酮胺反应生成物防老剂1.5-3质量份、对苯二胺类防老剂1-3质量份、物理防老剂1.5-2.5质量份、硬脂酸0.5-1.0质量份、活性剂5-8质量份、补强剂30-50质量份、增塑剂3-8质量份、硫化剂1.5-3质量份以及促进剂2-4质量份制成。本发明还提供了上述橡胶组合物的制备方法，该方法为密炼机混炼或开炼机混炼。本发明产品耐温性好、综合性能优秀。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温175℃-180℃，低压缩变形，良好耐油性，优秀耐臭氧老化、耐候性，耐酸碱的EPDM橡胶组合物及其制备方法，用于制作低成本综合性能要求较高在高温条件下使用的橡胶制品，属于橡胶技术领域。
背景技术
乙丙橡胶有优秀的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用，在150-180℃下可短暂或间歇使用。氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)它是聚乙烯经氯化和磺化处理后，所得到具有弹性的聚合物。耐臭氧老化性优良，耐油、阻燃、耐热、耐溶剂性及耐大多数化学药品和耐酸碱性能较好。电绝缘性尚可，耐磨性与丁苯橡胶相似。使用温度范围：约-30℃～+150℃。
发明内容
本发明的目的是提供一种能长期在175℃到180℃的高温条件下使用、低压缩变形，耐油，耐臭氧老化，耐酸碱的EPDM橡胶组合物及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明的提供了一种综合性能优秀的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，由三元乙丙橡胶(EPDM)75-90质量份、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)10-25质量份、酮胺反应生成物防老剂1.5-3质量份、对苯二胺类防老剂1-3质量份、物理防老剂1.5-2.5质量份、硬脂酸0.5-1.0质量份、活性剂5-8质量份、补强剂30-50质量份、增塑剂3-8质量份、硫化剂1.5-3质量份以及促进剂2-4质量份制成。
本发明采用EPDM橡胶和CSM橡胶的并用来改善橡胶的综合性能，通过测试，此并用胶在180℃的热空气老化7天后：硬度变化值为：+5，拉伸强度变化率为：+8％，扯断伸长率变化值为：-40％，同时有效改善了EPDM耐油性不好的缺点，而且保证了优秀的耐臭氧，耐酸碱性，是用在复杂环境条件下优秀的耐高温橡胶材料。
进一步地，所述的酮胺反应生成物防老剂优选为6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉、丙酮和二苯胺高温反应产物、N-苯基-β-萘胺或它们的组合物。所述的对苯二胺类防老剂优选为N-苯基-N’-环己基对苯二胺(防老剂4010)、N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺(防老剂4020)或它们的组合物。几种防老剂并用可以有效的提高该并用胶的耐臭氧老化性能，耐热性能。N-苯基-N′-环己基对苯二胺与6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉的共用的协同效应使对热，臭氧老化的防护能力有了一定的提高。N-苯基-β-萘胺与N-苯基-N′-环己基对苯二胺的并用协同效果对热、氧、疲劳及抗臭氧性能都有明显改善。通过防老剂的协同作用，使用多种协同作用的防老剂以达到最好的防护效果。
进一步地，所述硫化剂优选为过氧化二异丙苯。所述的过氧化二异丙苯与三元乙丙橡胶的重量比优选为3∶100。本发明经过多次实验验证发现随着过氧化二异丙苯用量的增大对该配方的抗压变效果特别好，耐温性能也有所提高，用量达到最佳值时上述性能不再提高，在硬度65度时材料的高温压缩变形值为12.5。
进一步地，所述的补强剂优选为碳黑和甲基丙烯酸镁的组合物。甲基丙烯酸镁作为补强剂加入提高了本硫化胶的交联密度，耐热性，降低了硫化胶压缩变形。
进一步地，所述的物理防老剂优选为微晶蜡1900。所述的活性剂优选为活性氧化锌。所述的增塑剂优选为石蜡油300#。所述的促进剂优选为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺。
上述综合性能优秀的三元乙丙橡胶组合物的制备方法可采用密炼机混炼或开炼机混炼，所述密炼机混炼如下：
按比例将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶投入密炼室，密炼室温度控制在80℃～120℃，60s后，按比例添加活性剂、硬脂酸、酮胺反应生成物防老剂、对苯二胺类防老剂和物理防老剂，120-150s后，按比例加入补强剂和增塑剂，240-360s后排胶，冷却后停放12小时以上，按比例加入硫化剂和促进剂，150-200s后薄通下片或出条。
所述开炼机混炼方法如下：
将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶分别压软(辊温60℃以上)后按比例混合，60s后按比例添加活性剂、硬脂酸、酮胺反应生成物防老剂、对苯二胺类防老剂和物理防老剂，180-240s后按比例加入增塑剂和1/2总量的补强剂，180-240s后按比例加入剩下的1/2总量的补强剂，混炼吃粉均匀后，出片，停放12小时以上，按比例加入硫化剂和促进剂，料粉完全混入橡胶后，打三角包，打卷，下片。
本发明制造方法简单明了，不需要加入特别昂贵的材料，也不需要特殊的加工工艺。整个生产过程操作方便，所用原材料易于采购，制作出的材料既提高的EPDM的高温使用温度，又使此胶料有良好的耐油性能，还不损失EPDM的其他性能。
通过对EPDM的耐高温性能的精良优化，再配合CSM的性能优势，制备了一种耐高温且综合性能优秀的EPDM橡胶弹性体组合材料。
具体实施方式
以下结合实施例具体说明本发明。实施例1-6中所用的EPDM是荷兰DSM公司的740型号产品；所用CSM为陶氏的6525；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉由黄岩浙东橡胶助剂化工生产；所用丙酮和二苯胺高温反应产物由上海橡胶助剂厂生产；所用N-苯基-β-萘胺由南京化工厂生产；所用微晶蜡1900由苏州百瑞美化工有限公司生产；所用活性氧化锌由广东台翔化工有限公司生产；所用碳黑由上海卡博特碳黑厂生产，型号为N-550；所用甲基丙烯酸镁为南京友好助剂化工有限公司生产；所用石蜡油300#由上海溶剂厂或上海锦辉润滑油厂生产；所用过氧化二异丙苯由上海高桥化工厂生产；所用N，N’-间苯撑双马来酰亚胺硫化助剂由上海懋通实业有限公司生产。
实施例1
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 75份；CSM 25份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉0.5份；丙酮和二苯胺高温反应产物0.5份；N-苯基-β-萘胺0.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺0.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺0.5份；微晶蜡1900 1.5份；碳黑20份；甲基丙烯酸镁10份；活性氧化锌5份；硬脂酸0.5份；石蜡油300# 3份；过氧化二异丙苯1.5份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺2份。
上述组合物的制备采用密炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶投入密炼室(密炼室温度控制在80℃)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，120s后加入上述质量份的补强剂和增塑剂，240s后排胶，冷却后停放12小时加入上述质量份的硫化剂和促进剂，150s后薄通下片或出条。
实施例2
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 85份；CSM 15份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉1份；丙酮和二苯胺高温反应产物0.5份；N-苯基-β-萘胺1.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺0.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺2.5份；微晶蜡1900 2份；碳黑35份；甲基丙烯酸镁10份；活性氧化锌6份；硬脂酸0.6份；石蜡油300# 5份；过氧化二异丙苯2份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺3份。
上述组合物的制备采用密炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶投入密炼室(密炼室温度控制在120℃)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，150s后加入上述质量份的补强剂和增塑剂，360s后排胶，冷却后停放14小时加入上述质量份的硫化剂和促进剂，200s后薄通下片或出条。
实施例3
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 90份；CSM 10份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉1份；丙酮和二苯胺高温反应产物0.5份；N-苯基-β-萘胺1.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺0.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺2.5份；微晶蜡1900 2份；碳黑35份；甲基丙烯酸镁10份；活性氧化锌6份；硬脂酸0.6份；石蜡油300# 5份；过氧化二异丙苯2份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺3份。
上述组合物的制备采用密炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶投入密炼室(密炼室温度控制在100℃)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，130s后加入上述质量份的补强剂和增塑剂，300s后排胶，冷却后停放15小时加入上述质量份的硫化剂和促进剂，175s后薄通下片或出条。
实施例4
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 75份；CSM 25份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉1份；丙酮和二苯胺高温反应产物0.5份；N-苯基-β-萘胺1.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺0.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺2.5份；微晶蜡1900 3份；碳黑35份；甲基丙烯酸镁10份；活性氧化锌6份；硬脂酸0.6份；石蜡油300# 5份；过氧化二异丙苯2份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺3份。
上述组合物的制备采用密炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶投入密炼室(密炼室温度控制在100℃)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，130s后加入上述质量份的补强剂和增塑剂，300s后排胶，冷却后停放16小时加入上述质量份的硫化剂和促进175s后薄通，下片或出条。
实施例5
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 85份；CSM 15份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉1份；丙酮和二苯胺高温反应产物1.5份；N-苯基-β-萘胺0.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺2.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺0.5份；微晶蜡1900 3份；碳黑30份；甲基丙烯酸镁15份；活性氧化锌6份；硬脂酸0.6份；石蜡油300# 5份；过氧化二异丙苯2份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺3份。
上述组合物的制备采用开炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶压软后加入上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶，(辊温60℃以上)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，180s后加入上述质量份的一半的补强剂和增塑剂，180s后加入剩下的上述质量份的一半补强剂，混炼吃粉均匀后打三角包三个，打卷两个后出片停放12小时。后加入上述质量份的硫化剂和促进剂，料粉完全混入橡胶后打三角包三个，打卷两个下片停放12小时后即可用与硫化。
实施例6
一种综合性能优秀的EPDM橡胶组合物，由如下以质量份计的原料制成：EPDM 90份；CSM 10份；6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉1份；丙酮和二苯胺高温反应产物1.5份；N-苯基-β-萘胺0.5份；N-苯基-N′-环己基对苯二胺2.5份；N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺0.5份；微晶蜡1900 2份；碳黑35份；甲基丙烯酸镁15份；活性氧化锌6份；硬脂酸0.6份；石蜡油300# 5份；过氧化二异丙苯3份；N，N’-间苯撑双马来酰亚胺4份。
上述组合物的制备采用开炼机混炼，其步骤如下：
将上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶压软后加入上述质量份的EPDM橡胶和CSM橡胶，(辊温60℃以上)，60s后添加上述质量份的活性剂、硬脂酸和三种防老剂，240s后加入上述质量份的一半的补强剂和增塑剂，240s后加入剩下的上述质量份的一半补强剂，混炼吃粉均匀后打三角包三个，打卷两个后出片停放24小时。后加入上述质量份的硫化剂和促进剂，料粉完全混入橡胶后打三角包三个，打卷两个下片停放12小时后即可用与硫化。
将实施例1-6中所得的橡胶进行老化实验：在180℃×7天条件下硬度变化率为：+5，拉伸强度变化率为：8％，扯断伸长率变化：40％。100℃×70h压缩永久变形：11％；耐臭氧(40±1)℃×(50±5)PPhm×20％拉伸×500h无龟裂。因此，本发明可以使该并用胶在180℃条件下长期使用，100℃条件下在3#油中浸泡48小时测试结果为：硬度变化为-8.9，拉伸强度变化率为30％，扯断伸长率变化率为45％。
备注：橡胶热老化实验和压缩永久变形以及耐臭氧实验参照ASTM D2000中A14、B14、C12标准。耐油实验按照ASTM D 471标准执行。
Claims (9)
1.一种三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，由三元乙丙橡胶75-90质量份，氯磺化聚乙烯橡胶10-25质量份，6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、丙酮和二苯胺高温反应产物、N-苯基-β-萘胺或它们的组合物1.5-3质量份，对苯二胺类防老剂1-3质量份,物理防老剂1.5-2.5质量份,硬脂酸0.5-1.0质量份,活性剂5-8质量份,补强剂30-50质量份,增塑剂3-8质量份,硫化剂1.5-3质量份以及促进剂2-4质量份制成。
2.如权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述的对苯二胺类防老剂为N-苯基-N’-环己基对苯二胺、N-（1，3－二甲基丁基）-N'-苯基对苯二胺或它们的组合物。
3.如权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述硫化剂为过氧化二异丙苯。
4.如权利要求3所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述的过氧化二异丙苯与三元乙丙橡胶的重量比为3：100。
5.如权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述的补强剂为碳黑和甲基丙烯酸镁的组合物。
6.如权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述的物理防老剂为微晶蜡1900。
7.如权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物，其特征在于，所述的活性剂为活性氧化锌，所述的增塑剂为石蜡油300#，所述的促进剂为N，N’-间苯撑双马来酰亚胺。
8.权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物的制备方法，其特征在于，采用密炼机混炼，具体步骤为：按比例将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶投入密炼室，密炼室温度控制在80℃～120℃，60s后，按比例添加活性剂、硬脂酸、酮胺反应生成物防老剂、对苯二胺类防老剂和物理防老剂，120-150s后，按比例加入补强剂和增塑剂，240-360s后排胶，冷却后停放12小时以上，按比例加入硫化剂和促进剂，150-200s后薄通下片或出条。
9.权利要求1所述的三元乙丙橡胶组合物的制备方法，其特征在于，采用开炼机混炼，具体步骤为：将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶分别压软后按比例混合，60s后按比例添加活性剂、硬脂酸、酮胺反应生成物防老剂、对苯二胺类防老剂和物理防老剂，180-240s后按比例加入增塑剂和1/2总量的补强剂，180-240s后按比例加入剩下的1/2总量的补强剂，混炼吃粉均匀后，出片，停放12小时以上，按比例加入硫化剂和促进剂，料粉完全混入橡胶后，打三角包，打卷，下片。
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