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[交流] 【资源】EPDM化合物低温性能的影响因素

EPDM化合物低温性能的影响因素
本文编译自Rubber World John Dewar，Don Tsou（Lanxess公司）

与热塑性材料不同，人造橡胶能在多种温度环境下正常工作，甚至能在玻璃溶点高温下正常工作。与热塑性材料相比，人造橡胶的优越性在于：具有在延展状态下完全恢复性能的能力，恢复力强、低硬度和低模数是其主要特点。

图1：EPDM橡胶的结构组成

在低于周边环境温度时使用人造橡胶，其硬度、模数有上升的趋势，而弹性则会下降（更低的延展性）并更具压缩性。人造橡胶因材而异，可能同时出现两种现象 — 玻璃状的硬化和部分结晶化。人造橡胶的一些例证显示：结晶化的橡胶是天然橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶（EPDM）。

本文将分析影响EPDM化合物低温性能的因素，如乙烯含量、二烯烃水平、分子重量和增塑剂选择的影响等；也会总结行业内目前采用的多种低温测试法。

图2：不同乙烯含量的EPDM聚合物的DSC曲线

实验分析

此实验工作是使用一个BR82型密炼机来完成。在独立的混合步骤中，采用标准实验混合程序来混合所有实验组分（硬化剂、熟化剂、固化剂）。所有测试均根据ASTM方法进行（表1显示了所有测试内容）。

本实验将测试物在特定的时间内放置于-30℃至100℃的环境中，随时记录表面所起的变化（发泡、变色等）。

为简化多种EPDM聚合物的讨论，我们采用了一种简单的命名法。第1个数字表示Mooney粘性（ML1+4@125℃）；第2个数字显示百分比，表明二烯烃含量；第3个数字显示相关乙烯含量；第4个数字告诉我们加入聚合物中的油量。本研究中所使用的聚合物未经加油，末位数字均为0。如聚合物A（3340）的Mooney粘性是28，二烯烃含量为4，乙烯含量为48，未加油（表2是关于化合物的配方列表。）

图3：不同乙烯含量的Gehman硬化情况

结果和讨论

低温测试回顾

脆性、压缩永久变形、收缩、硬化和低温硬化等指标一直用来描述低温状态下聚合物性能。压缩应力松弛主要描述在不同环境条件下材料的密封力。发泡测试用来测试环境温度波动时不同复合物成分的相容性。尤其要评估增塑剂系统，我们将简短回顾这些测试是如何进行的。

脆性点

ASTM D 2137对脆性点的定义：在特定的冲突条件下，硫化橡胶不会产生破裂的最低温度点。5个橡胶样本被冲切成预先设计的形状，放入箱子或液体中，调到需要的温度后放置2.5-3.5分钟，然后给它们一个1.8-2.2米/秒的碰撞速度。取出样本，检查破裂情况，要求每个都完好。随后多次重复此实验直到发现脆性点，不产生破裂的最低温度接近1℃。

图4：不同聚合物各温度下的回缩比例

低温下的压缩变形和硬化

在低温压缩变形中，通过使用一个由干冰、液态氮、或某些机械控制的冷箱来调节到预设定温度（温度控制在预设定温度的-1或+1℃），除此以外，低温压缩变形和标准压缩变形程序很类似。从夹具中取出恢复后，在预设定温度下进行实验。这些样本通常都是直径为29毫米，厚度为12.5毫米的模铸按钮。低温压缩变形是一种将复合物性能和密封应用结合在一起的间接方法。而压缩应力松弛则是一种直接方法。

低温淬水也应用于硫化压缩变形按钮（29mm x 12.5mm），但再次测试于用低温压缩变形的同样方法来控制的低温环境中。再做一次，温度调节为设定值后，其硬度会再次被测量。

硬化和低温压缩变形直接受温度的降低的影响，但也受聚合物到结晶变化趋势的影响。聚合物变化结晶的比率取决于温度。比如，在零下10℃左右，聚氯丁烯化合物最容易结晶，在低温下，结晶的速度又会慢下来，很可能是由聚合物链的特性决定的（在它们重新排列以前已冻结）。

图5：无定形化合物和晶体化合物的压缩应力松弛

低温下的硬化（Gehman）

ASTM D 1053将低温下硬化测试法描述为：一个可变形的聚合物样本固定并连接在一条已知扭转常数的电线上，此线的另一端附在一旋转头上以使电线转动起来。在特定的低于常温下，此样本完全浸入了传热介质中。旋转头旋转180度后，接着也把聚合物样本旋转了一些度数（少于180度），这个度数取决于样本的一致性或是反向硬度。接着用量角器测量样本旋转的度数。所旋转的角度度数和化合物的硬度有关系。于是温度逐渐增加，旋转的角度和温度成正比。温度达到T2、T5、T10和T100的分子增加时，在室温下和样本的分子值相关，都一一做下记录。

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