CN110183784A - 一种耐寒epdm复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种耐寒EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：生胶100份；软化增塑剂30‑60份；补强剂90‑140份；硫化促进剂6‑9份；防老剂2‑4份；其中，所述生胶包括EPDM和三元乙丁橡胶，所述EPDM和三元乙丁橡胶的质量比为(30：70)‑(70：30)。本发明还相应提供一种上述耐寒EPDM复合材料的制备方法。本发明通过优化生胶、软化增塑剂和硫化促进剂等组成成分，降低胶料的玻璃化转变温度，赋予橡胶材料良好的低温性能，在低温下依然可以保持其弹性和正常工作的能力，提高产品可靠性，可以适用于‑40℃乃至‑50℃的温度工况使用。

Description

一种耐寒EPDM复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于橡胶材料领域，尤其涉及一种EPDM复合材料及其制备方法。

背景技术

高速铁路用减振垫板应用于轨道自密实混凝土下，受力方向为垂向压缩、横向拉伸，对胶料的抗压缩性能、模量要求较高，对产品的疲劳性能、使用寿命要求苛刻。三元乙丙橡胶(以下简称EPDM)为乙烯、丙烯的无规共聚物加少量非共轭二烯为硫化点单体的三元共聚物，三元乙丙橡胶的分子结构特点使其具有独特的性能，在耐老化、耐候性、耐化学药品、耐热水和水蒸汽、冲击弹性等方面表现优异，而且其还具有低密度和高填充的特点，可将其作为减振垫板主体材料进行配方开发。

减振垫板通常需要应用于高寒地区，要求在-40℃的温度环境下可正常使用，极端低温环境可低至-50℃，对橡胶的耐寒性提出了更高的要求，EPDM虽然为无定型非结晶型橡胶，但其生胶玻璃化转变温度约为-58℃，而硫化胶的玻璃化转变温度约为-50℃左右，耐寒性能一般。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种耐寒EPDM复合材料及其制备方法，该EPDM复合材料具有良好的耐寒性和力学性能，可应用于高寒地区的高速铁路用减振垫板。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种耐寒EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：生胶100份；软化增塑剂30-60份；补强剂90-140份；硫化促进剂6-9份；防老剂2-4份；

其中，所述生胶包括EPDM和三元乙丁橡胶，所述EPDM和三元乙丁橡胶的质量比为(30：70)-(70：30)。

上述耐寒EPDM复合材料中，优选的，所述EPDM中乙烯含量为40-60％，ENB(亚乙基降冰片烯)含量超过7％；三元乙丁橡胶中乙烯含量为45-55％。本发明中，乙烯含量越低，分子链柔顺性越好，低温性能越好。本发明的EPDM为ENB型，为乙烯+丙烯+ENB单体，ENB含量多(含量超过7％)，有效破坏分子链规整性，对低温性能有利。

上述耐寒EPDM复合材料中选择中低乙烯、高ENB含量的EPDM生胶与三元乙丁橡胶生胶并用，其中EPDM生胶保障橡胶力学性能、耐老化性能，三元乙丁橡胶分子链特殊结构可以产生比较大的内部空间，主链活动度更高，使其低温性能更好。本发明中，生胶采用EPDM和三元乙丁橡胶的混合物，其二者协同作用，可以保证EPDM复合材料具有良好的耐寒性和力学性能。EPDM用量比例过低，材料的力学性能无法完全保证，比例过高，材料的低温性能无法有效提升。

上述耐寒EPDM复合材料中，优选的，所述软化增塑剂包括磷酸三辛酯、癸二酸二辛酯和石蜡油，且磷酸三辛酯的重量份不少于15份，石蜡油的重量份不少于10份。更优选的，所述磷酸三辛酯与癸二酸二辛脂的质量比为(1：2)-(2：1)，所述磷酸三辛酯和癸二酸二辛脂的总量与石蜡油的质量比为(1：1)-(3：1)。选择石蜡油与低凝固点增塑剂(磷酸三辛酯、癸二酸二辛酯)并用，石蜡油与EPDM具有良好的相容性，磷酸三辛酯、癸二酸二辛酯可以提供良好低温性能。上述软化增塑剂中的各组分并用形成协同效应，可大幅度降低EPDM玻璃化转变温度的同时减少“喷出”。其中，磷酸三辛酯因其凝固点＜-90℃，是改善橡胶低温性能的重要材料。我们优选的上述配比关系中，磷酸三辛酯与癸二酸二辛酯用量过多，力学性能下降过多，且容易“喷出”，磷酸三辛酯与癸二酸二辛酯用量过低，材料低温性能无法明显改善。

上述耐寒EPDM复合材料中，优选的，所述补强剂包括黑炭黑和经硅烷偶联剂改性的白炭黑，所述黑炭黑为70-100份，所述白炭黑为20-40份。所述黑炭黑为高耐磨炭黑与快压出炭黑的混合物，所述白炭黑为沉淀法白炭黑。高耐磨炭黑与快压出炭黑并用，快压出炭黑对降低橡胶的挤出膨胀率、挤出效果更有利，高耐磨炭黑有利于保持胶料更高的力学性能与模量。选择沉淀法白炭黑可以提升其与橡胶大分子间的相容性，使界面间相互作用活性增强，交联密度增加，能有效降低橡胶材料损耗因子，降低生热，提高产品使用可靠性。

上述耐寒EPDM复合材料中，优选的，所述硫化促进剂包括硫化剂和促进剂，所述硫化剂为过氧化二异丙苯和助交联剂的混合物，且过氧化二异丙苯和助交联剂混合物的质量比为(2：1)-(4：1)；所述促进剂为N,N'-间苯撑多马来酰亚胺，所述促进剂的用量不超过1.5份。上述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯。选择上述复合过氧化物硫化剂，因过氧化物硫化胶的体积膨胀系数较大，可使链段活动的自由空间增加，有利于玻璃化温度降低，形成的-C-C-交联键，同时使橡胶具有较高的模量、抗压缩性能。上述促进剂其分子链上的多官能团参与Alder-ENE反应，形成的长链非硫杂原子交联键，有助于降低玻璃化转变温度，改善低温性能。

上述耐寒EPDM复合材料中，优选的，所述防老剂为2-硫醇基苯并咪唑。上述防老剂可以抑制EPDM的链增长反应。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述耐寒EPDM复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将生胶加入炼胶设备中，加入软化增塑剂和防老剂后在100-130℃下混炼6-8min，再加入补强剂后在140-160℃下混炼2-4min得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶停放2-4h后加入硫化促进剂，然后80-110℃下混炼3-5min得到二段混炼胶；

(3)将二段混炼胶停放16h后，加热加压进行硫化反应即得到所述耐寒EPDM复合材料。

上述制备方法中，优选的，硫化反应时控制硫化温度为160-170℃，硫化时间8-15min，加压压力为20MPa。

上述制备方法中，为了配合混炼工艺和硫化工艺的需要，结合复合材料的性能，可加入各种加工助剂、活性剂提高胶料的加工性能与力学性能。

本发明中，我们通过优选生胶、软化增塑剂、硫化促进剂等组分的种类和用量，各组分之间相互协同作用，可以大大提高EPDM复合材料的耐低温性能和低温使用性能，在低温下可长时间使用，可以应用于高寒地区的高速铁路用减振垫板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过优化生胶、软化增塑剂和硫化促进剂等组成成分，降低胶料的玻璃化转变温度，赋予橡胶材料良好的低温性能，在低温下依然可以保持其弹性和正常工作的能力，提高产品可靠性，可以适用于-40℃乃至-50℃的温度工况使用。

2、本发明的EPDM复合材料具有良好的耐寒性能、良好的物理机械性能、低动态生热等特点，大大增加了其在橡胶减振制品领域的使用场景，具有广阔的市场应用前景。

3、本发明的EPDM复合材料的制备方法具有工艺简单可靠，重现性好等优势。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

本实施例中的耐寒EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 70份、三元乙丁橡胶30份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑50份、快压出炭黑50份、白炭黑40份、磷酸三辛酯21份、癸二酸二辛酯14份、石蜡油25份、硫磺0.7份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺1份、过氧化二异丙苯4份、三烯丙基异氰脲酸酯1.5份、脂肪酸酯类加工助剂3份、硅烷偶联剂4份。

本实施例中的耐寒EPDM复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照上述的配方配料，将EPDM与三元乙丁橡胶加入通用炼胶设备中，再加入金属氧化物、硬脂酸、防老剂、软化增塑剂和其他配合剂，按照常规混炼工艺混炼6-8min，混炼温度100-130℃，加黑炭黑和白炭黑后于150-160℃下混炼2-4min后排胶，得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶停放2-4h后加入硫化促进剂，按照常规混炼工艺混炼3-5min，混炼温度80℃-110℃，得到混炼胶；

(3)将混炼胶停放16h后，按照硫化温度160℃-170℃、硫化时间8-15min、20MPa的硫化条件进行硫化反应即得到本实施例中的耐寒EPDM复合材料。

实施例2

本实施例中的耐寒EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 50份、三元乙丁橡胶50份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑50份、快压出炭黑40份、白炭黑30份、磷酸三辛酯16份、癸二酸二辛酯12份、石蜡油15份、硫磺0.5份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺0.7份、过氧化二异丙苯5份、三烯丙基异氰脲酸酯2份、脂肪酸酯类加工助剂3份、硅烷偶联剂3份。

本实施例中耐寒EPDM复合材料的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例中的耐寒EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 30份、三元乙丁橡胶70份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑40份、快压出炭黑40份、白炭黑20份、磷酸三辛酯15份、癸二酸二辛酯10份、石蜡油10份、硫磺0.3份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺0.5份、过氧化二异丙苯6份、三烯丙基异氰脲酸酯2.3份、脂肪酸酯类加工助剂3份、硅烷偶联剂2份。

本实施例中耐寒EPDM复合材料的制备方法同实施例1。

对比例1：

传统EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑50份、快压出炭黑40份、白炭黑30份、石蜡油43份、硫磺0.5份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺0.7份、过氧化二异丙苯5份、三烯丙基异氰脲酸酯2份、脂肪酸酯类加工助剂3份。

对比例2：

一种EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 100份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑50份、快压出炭黑40份、白炭黑30份、磷酸三辛酯16份、癸二酸二辛酯12份、石蜡油15份、硫磺0.5份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺0.7份、过氧化二异丙苯5份、三烯丙基异氰脲酸酯2份、脂肪酸酯类加工助剂3份、硅烷偶联剂3份。

对比例3：

一种EPDM复合材料，以重量份计包括以下组分：EPDM 50份、三元乙丁橡胶50份、氧化锌5份、硬脂酸1份、2-硫醇基苯并咪唑2份、高耐磨炭黑50份、快压出炭黑40份、白炭黑30份、石蜡油43份、硫磺0.5份、N,N'-间苯撑多马来酰亚胺0.7份、过氧化二异丙苯5份、三烯丙基异氰脲酸酯2份、脂肪酸酯类加工助剂3份、硅烷偶联剂3份。

实施例1-3与对比例1-3中制备得到的耐寒EPDM复合材料的性能参数测定如下表1所示。

表1：实施例1-3与对比例1-3中制备得到的EPDM复合材料的性能参数

从上表1中可以看出，通过生胶并用、各助剂的有效配合，本发明的EPDM具有耐低温性能良好等特点，满足产品在高寒环境运行，具有较长的使用寿命。

Claims (10)

1.一种耐寒EPDM复合材料，其特征在于，以重量份计包括以下组分：生胶100份；软化增塑剂30-60份；补强剂90-140份；硫化促进剂6-9份；防老剂2-4份；

其中，所述生胶包括EPDM和三元乙丁橡胶，所述EPDM和三元乙丁橡胶的质量比为(30：70)-(70：30)。

2.根据权利要求1所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述EPDM中乙烯含量为40-60％，ENB含量超过7％；三元乙丁橡胶中乙烯含量为45-55％。

3.根据权利要求1所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述软化增塑剂包括磷酸三辛酯、癸二酸二辛酯和石蜡油，且磷酸三辛酯的重量份不少于15份，石蜡油的重量份不少于10份。

4.根据权利要求3所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述磷酸三辛酯与癸二酸二辛脂的质量比为(1：2)-(2：1)，所述磷酸三辛酯和癸二酸二辛脂的总量与石蜡油的质量比为(1：1)-(3：1)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述补强剂包括黑炭黑和经硅烷偶联剂改性的白炭黑，所述黑炭黑为70-100份，所述白炭黑为20-40份。

6.根据权利要求5所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述黑炭黑为高耐磨炭黑与快压出炭黑的混合物；所述白炭黑为沉淀法白炭黑。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述硫化促进剂包括硫化剂和促进剂，所述硫化剂为过氧化二异丙苯和助交联剂的混合物，且过氧化二异丙苯和助交联剂混合物的质量比为(2：1)-(4：1)；所述促进剂为N,N'-间苯撑多马来酰亚胺，所述促进剂的用量不超过1.5份。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的耐寒EPDM复合材料，其特征在于，所述防老剂为2-硫醇基苯并咪唑。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的耐寒EPDM复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将生胶加入炼胶设备中，加入软化增塑剂和防老剂后进行混炼，再加入补强剂后进行混炼得到一段混炼胶；

(2)将一段混炼胶停放后加入硫化促进剂，然后进行混炼后得到二段混炼胶；

(3)将二段混炼胶停放后，加热加压进行硫化反应即得到所述耐寒EPDM复合材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，硫化反应时控制硫化温度为160-170℃，硫化时间8-15min，加压压力为20MPa。