CN110016187A - 一种耐高温及低低温压缩变形epdm橡胶 - Google Patents

一种耐高温及低低温压缩变形epdm橡胶 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶，属于橡胶技术领域。所述EPDM橡胶同时具有优异的高温压变性能和低低温压变性能。所述橡胶按照重量份计，包括如下组分：乙丙橡胶100份；快压出炉黑10～40份；热裂解炭黑20～80份；灯烟法炭黑20～50份；第一增塑剂10～50份；第二增塑剂2～50份；聚乙二醇3～10份；防老剂0.5～3份；均匀剂2～10份；促进剂0.1～1份；硫化剂2～10份。本发明的EPDM橡胶具有良好的加工流动性，可以方便对其进行加工，制成的各种橡胶制品，良好的低温柔韧性，在低温下可保持较好的气密性，且生产成本低、耐高温性好，使用寿命长，使用更加安全可靠。本发明的EPDM橡胶用于汽车领域。

Description

一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶
技术领域
本发明属于橡胶材料技术领域，尤其是涉及一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶。
背景技术
三元乙丙(EPDM)橡胶是乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃的共聚物，是乙丙橡胶的一种，其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，可广泛用于汽车部件、建筑用防水材料、电线电缆护套、耐热胶管、胶带、汽车密封件等领域。
如中国专利CN107057195A公开了一种EPDM橡胶，该专利提供的EPDM橡胶具有良好的耐高温或耐低温性能，该EPDM橡胶制成的耐高温胶圈被广泛应用于船舶领域。
中国专利CN108774364A公开了一种EPDM/丁苯橡胶并用橡胶及其制备方法，该发明使用超临界二氧化碳技术，极大的提高了两相橡胶的相容性和共硫化性能，有效的增高了共混胶的硫化速率，这种EPDM/丁苯橡胶并用橡胶具有良好的力学性能。
中国专利CN109135072A公开了一种EPDM/丁腈橡胶并用耐候橡胶及其制备方法，有效的提高了该橡胶材料的耐候性及力学性能。
目前，随着生活水平的提高，我国汽车工业也得到快速发展，人们对汽车动力越来越高，整车布置越来越紧凑，同时在东北及青藏高原等高寒地区车辆越来越多，行驶过程中车部温度越来越高，而汽车停放时外界温度较低，故对汽车行驶过程中高温压缩变形同时汽车停放时低温压缩变形要求越来越高。
综上所述，有效提高橡胶材料的耐高温及低温的耐压缩变形性能是当前高寒地区的车辆所需橡胶的研究重点。
发明内容
本发明提出一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶，解决了汽车在高寒地区，行车过程汽车配件不耐高温以及停放时不耐低温，压缩性能差的问题。
本发明提出了一种耐高温及低温压缩变形EPDM橡胶，所述EPDM橡胶的原料按重量份计，包括如下组分：
其中，所述第一增塑剂为石蜡油，所述第二增塑剂为环烷油。
优选的，石蜡油中芳烃含量小于5％。
优选的，所述硫化剂为过氧化物。
优选的，所述防老剂为防老剂D、防老剂RD、防老剂MB、防老剂DNP、防老剂BNC中的一种或两种的组合。
优选的，促进剂为四甲基二硫化秋兰姆TMTD、一硫化四甲基秋兰姆TMTM中的一种或两种的组合。
优选的，均匀剂为脂肪酸金属、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中的一种或两种的组合。
优选的，乙丙橡胶为低丙烯含量乙丙橡胶与高丙烯含量乙丙橡胶的组合。
进一步地，低丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为30％，第三单体的含量为5％；高丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为50％，第三单体的含量为5％。
优选地，乙丙橡胶由以下方法制备得到：将所称取的第三单体、催化剂、有机溶剂加入到事先用氮气置换过的反应釜中，充分搅拌后向反应釜中通入乙烯、丙烯和/或氢气混合气体，设置压力1.5MPa，温度48℃，反应48min，得第一胶状溶液，所述氢气与乙烯的摩尔比为0.6；向所得的第一胶状溶液中加入稳定剂，设置压力0.7MPa，温度60℃反应58min，即得第二胶状溶液；将所得的第二胶状溶液转入絮凝物罐中，控制压力0.40MPa，温度87℃，絮凝之后除掉溶剂，得到胶状体；将所得的胶状体经脱水、干燥，即得乙丙橡胶。
进一步地，上述任一EPDM橡胶，用于高寒地区汽车用配件，例如汽车轮胎等。
相对于现有技术，本发明具有如下优势：
1)本发明所述EPDM橡胶同时具有优异的耐高温压缩变形以及耐低温压缩变形性能，适用于高寒地区，解决了汽车配件如汽车轮胎在行车过程不耐高温以及停放时不耐低温，压缩性能差的问题。
2)本发明所述EPDM橡胶具有良好的加工流动性，可以方便对其进行加工，制成的各种橡胶制品，低温柔韧性也较好，并且该类橡胶制品在低温下可保持较好的气密性，且生产成本低、耐高温性好，使用寿命长，使用更加安全可靠。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
一种耐高温及低温压缩变形EPDM橡胶，按照重量份组成，包括如下组分：
其中，所述第一增塑剂为石蜡油，所述第二增塑剂为环烷油。
橡胶领域中，橡胶压缩永久变形是指完全释放产生压缩变形的外力之后所剩余的变形。在规定的条件下测定的压缩永久变形通常用原始变形的百分数表示。高温压变(压缩变形)是在高温环境下测定的压缩永久变形。低温压变是在低温环境下测得的压缩永久变形。低低温压变是指低于0℃下的低温环境下测得的低压变值。
对于在东北及青藏高原等高寒地区的车辆而言，行驶过程中温度越来越高，而汽车停放时外界环境又极低。故而，有效提高橡胶材料的耐高温及低温的耐压缩变形性能是当前高寒地区的车辆亟待解决的重点问题。
本发明实施例提供一种EPDM橡胶，具有优异的耐高温压缩变形性能和耐低低温压缩变形性能，可解决汽车在高寒地区，行车过程汽车轮胎不耐高温以及停放时不耐低温，压缩性能差的问题。
本发明实施例提供的一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶，在乙丙橡胶的基础上，搭配炭黑及增塑剂以及其他助剂，其中，所用炭黑为快压出炉黑、热裂解炭黑、灯烟法炭黑按照特定比例的组合，所用三种炭黑其粒径、结构等各方面性质均不相同，三者组合以分子形式填充到胶料的交联网络中，提高胶料的弹性，与之搭配使用的增塑剂为石蜡油和环烷油的组合，提高胶料的柔韧性。这样，最终赋予了本发明的EPDM橡胶良好的耐高温及低低温压缩变形性能，可用于东北及青藏高原等高寒地区车辆轮胎使用。
在本发明一实施例中，适用的乙丙橡胶为低丙烯含量乙丙橡胶与高丙烯含量乙丙橡胶的组合。优选地，低丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为30％，第三单体的含量为5％；高丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为50％，第三单体的含量为5％。
乙丙橡胶为乙烯、丙烯和少量的非共轭二烯烃第三单体的共聚物。本发明适用的生胶乙丙橡胶为低丙烯含量乙丙橡胶与高丙烯含量乙丙橡胶的组合，具有良好的耐热、耐候、耐化学品、电绝缘性能、冲击弹性、低温性能、高填充性及耐热水性和耐水蒸气性。
在本发明一实施例中，乙丙橡胶可由以下方法制备得到：(1)将第三单体、催化剂、有机溶剂加入到事先用氮气置换过的反应釜中，充分搅拌后向反应釜中通入乙烯、丙烯和/或氢气混合气体，设置压力1.5MPa，温度48℃，反应48min，得第一胶状溶液，所述氢气与乙烯的摩尔比为0.6；(2)往第一胶状溶液中加入稳定剂，设置压力0.7MPa，温度60℃反应58min，即得第二胶状溶液；(3)将第二胶状溶液转入絮凝物罐中，控制压力0.40MPa，温度87℃，絮凝之后除掉溶剂，得到胶状体；(4)将胶状体经脱水机脱水，干燥机干燥，即得乙丙橡胶。
其中，低丙烯含量乙丙橡胶和高丙烯含量乙丙橡胶，其原料丙烯的用量不同。
进一步的，第三单体可以为乙烯基降冰片烯(VNB)。
催化剂可以为钒系催化剂，例如可以为VOCl3。
有机溶剂可以为辛烷。
稳定剂可以为三盐基硫酸铅与二盐基硬脂酸铅的组合。
本发明一实施例中，依照特定比例组合使用快压出炉黑、热裂解炭黑、灯烟法炭黑。灯烟法炭黑补强性能不好，在橡胶行业很少用到。但本发明实施例组合使用快压出炉黑、热裂解炭黑和灯烟法炭黑，三种炭黑以分子形式填充到胶料的交联网络中，由于其粒径、结构等性质不同，填充到胶料中后通过互相搭配可提高胶料的弹性和复原性以及力学强度和耐高温性能。
本发明一实施例中，第一增塑剂为芳烃含量小于5％的石蜡油，第二增塑剂为环烷油。优选地，第一增塑剂为低倾点石蜡油，第二增塑剂为低倾点环烷油。两种增塑剂都作为软化油使用，两种增塑剂相结合有效的降低了该EPDM橡胶的玻璃化转变温度，降低了拉伸强度，使得该EPDM橡胶具有良好的加工流动性，同时也改善了该EPDM橡胶的低温性能，使之赋有良好低温柔韧性。
需要说明的是，这里所指的第一、第二为了区分本发明实施例所使用的增塑剂的种类。
本发明一实施例中，防老剂可以为防老剂D、防老剂RD、防老剂MB、防老剂DNP、防老剂BNC中的一种或两种的组合，例如可以为防老剂D和防老剂MB的组合。本实施例中两种不同防老剂混合使用，两种防老剂比例为1:1。实施例中使用防老剂D和防老剂MB混合，经过科学的复配，使得实施例中的EPDM橡胶具有良好的抗老化性能，有效的增强了该EPDM橡胶的储存周期和使用寿命，并且在高温和低温的反复变化的环境中都能长期保持良好的压缩变形性能。
本发明一实施例中，硫化剂可以为二叔丁基过氧化物。
本发明一实施例中，促进剂可以为四甲基二硫化秋兰姆TMTD、一硫化四甲基秋兰姆TMTM中的一种或两种的组合。例如，可以为四甲基二硫化秋兰姆TMTD和一硫化四甲基秋兰姆TMTM的组合。本实施例将TMTD和TMTM按照1:1混合，这种混合促进剂可以有效改善橡胶制品的性能，使胶料中的生胶与硫化剂二叔丁基过氧化物发生化学反应，使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子，使从而使本发明的EPDM橡胶具备更高的强度及弹性，交联成网状大分子以后也增加了该EPDM橡胶的气密性。
本发明一实施例中，均匀剂可以为脂肪酸金属、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中的一种或两种的组合。例如可以为脂肪酸金属和脂肪酸酰胺的混合物，两种均匀剂的比例为1:1。
本发明一实施例中，该EPDM橡胶可以采用混炼工艺制备得到，其中，密炼过程中，先将乙丙橡胶在密炼机中塑炼5-10分钟；开炼过程中，促进剂和硫化剂最后加入到开炼机中。在开炼过程中，可以先将乙丙橡胶在开炼机塑炼，薄通8次，停放6小时、8小时。本发明在此对其详细的制备过程不再赘述。
混炼工艺主要是为了提高橡胶制品的物理机械性能，改善加工成型工艺。在本发明实施例中，在现有混炼工艺的基础上，依据不同配比的原料及添加剂，在该混炼工艺中通过调整硫化体系以达到橡胶共硫化的效果，以至于能达到耐高温的要求。
本发明所述EPDM橡胶用于制备高寒地区行驶的汽车配件，如轮胎等，既具有良好的高温压变性能，又具有良好的低温压变性能，可解决高寒地区汽车在行驶时轮胎不耐高温以及停放时不耐低温，压缩性能差的问题。
下文以具体实施例进一步详细描述本发明的EPDM橡胶。
如表1所示，示出了实施例1～2、对比例1～3所述橡胶的原料组成及其重量份数。
表1
其中，上述所用原料如增塑剂、聚乙二醇、防老剂、均匀剂、促进剂等由购买得到。乙丙橡胶由以下方法制备得到：
(1)将VNB、VOCl3、辛烷加入到事先用氮气置换过的反应釜中，充分搅拌后向反应釜中通入乙烯、丙烯和/或氢气混合气体，设置压力1.5MPa，温度48℃，反应48min，得第一胶状溶液，所述氢气与乙烯的摩尔比为0.6；(2)往第一胶状溶液中加入三盐基硫酸铅和二盐基硬脂酸铅，设置压力0.7MPa，温度60℃反应58min，即得第二胶状溶液；(3)将第二胶状溶液转入絮凝物罐中，控制压力0.40MPa，温度87℃，絮凝之后除掉溶剂，得到胶状体；(4)将胶状体经脱水机脱水，干燥机干燥，即得乙丙橡胶。
压变性能测试
按GB/T 7759.2 2014对实施例1～2、对比例1～3所述橡胶进行高温和低温下压缩永久变形测定，压缩率50％，试验条件：高温170℃×72h；低温-40℃×72h。测定结果如表2所示。
表2
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高温及低低温压缩变形EPDM橡胶，按照重量份组成，包括如下组分：
其中，所述第一增塑剂为石蜡油，所述第二增塑剂为环烷油。
2.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述石蜡油其芳烃含量＜5％。
3.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述第一增塑剂为低倾点石蜡油，所述第二增塑剂为低倾点环烷油。
4.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述防老剂为防老剂D、防老剂RD、防老剂MB、防老剂DNP、防老剂BNC中的一种或两种的组合。
5.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述促进剂为四甲基二硫化秋兰姆TMTD、一硫化四甲基秋兰姆TMTM中的一种或两种的组合。
6.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述均匀剂为脂肪酸金属盐、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯中的一种或两种的组合。
7.根据权利要求1所述EPDM橡胶，其特征在于：所述乙丙橡胶为低丙烯含量乙丙橡胶与高丙烯含量乙丙橡胶的组合。
8.根据权利要求7所述EPDM橡胶，其特征在于：低丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为30％，第三单体的含量为5％；高丙烯含量乙丙橡胶中，丙烯含量为50％，第三单体的含量为5％。
9.根据权利要求1～8任一项所述EPDM橡胶，其特征在于，用于高寒地区汽车用配件。
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