耐烧蚀EPDM胶料配方的研究

lhx0309

（转帖），大家借鉴一下！同时也庆祝本人升中级。
( i# j& U) `5 m! K% w6 ~  c耐烧蚀EPDM胶料配方的研究
为适应固体火箭发动机中高温、高压和高速气流冲刷的环境条件，用作火箭燃烧室绝热材料的EPDM胶料通常加入纤维、耐烧蚀树脂和阻燃剂，以提高其耐烧蚀性能。本工作以耐烧蚀树脂和阻燃剂的配合为主，探讨耐烧蚀EPDM胶料的配方设计。
    1  实验
6 Y! D) C9 V; y) E    1.1  主要原材料
: B5 P# T: X3 e: e! J( o    EPDM，乙烯质量分数为0.54，第三单体亚乙基降冰片烯质量分数为0.08，日本三井石油化学工业株式会社产品；耐烧蚀硼树脂，游离酚质量分数小于0.07，西安太航阻火聚合物研究所产品；硼酸锌，市售工业品；三氧化二锑，济南泰星精细化工有限公司产品；固体氯化石蜡，沈阳化工股份有限公司产品；硫化剂DCP，质量分数为0.98，江苏太仓塑料助剂厂产品。
    1.2  试样制备
    胶料在开炼机上混炼，混炼胶停放24 h后硫化，硫化条件为160℃/15 MPa×1 h。
    1.3  性能测试
    烧蚀性能按GJB 323A-1996测试，测试条件为：烧蚀距离  10 mm，烧蚀时间  20 s，热流密度  3 859 kW•m-1；密度按QJ 917A-1997测试；拉伸强度和拉断伸长率按GB/T 528-1998测试。
    2  结果与讨论
$ i" W' D+ B; ~4 ?4 H& s% @: k& _    2.1  配方设计
" T6 j) r2 `- L  y0 \5 E- f# J9 x    耐烧蚀树脂选用耐烧蚀硼树脂，阻燃剂选用硼酸锌、三氧化二锑和固体氯化石蜡。胶料的基本配合为：EPDM  100，白炭黑  15-25，氧化锌
     5，硬脂酸  0.6，纤维  5，增塑剂DOS  8，硫化剂DCP  5。以耐烧蚀硼树脂、硼酸锌、三氧化二锑和固体氯化石蜡用量分别为变量因子A，B，C和D的L9(34)正交试验设计和试验结果见表1-4。
    表1  正交试验因子与水平
因子        水平
        1        2        3
  @+ y6 D' x8 @" t% w6 YA        10        15        20
" {+ H, H  {, L# ?2 y5 YE        3        6        9
  y3 a% M( `) N+ y( z" |8 jC        5        10        15
/ |0 P+ o, D5 @; ^9 {D        10        20        30
    表2  L9(34)正交试验安排和结果
试验号        A        E        C        D        线烧蚀率/(mm•s-1)
                                        Ⅰ        Ⅱ        Ⅲ        Ⅳ        合计
1        1        1        1        1        0.136        0.124        0.113        0.109        0.482
! W' }2 Y9 w" a# `1 o2        1        2        2        2        0.106        0.101        0.102        0.089        0.398
3        1        3        3        3        0.067        0.065        0.079        0.091        0.302
  Y; M! n  r7 m, g( M. J4        2        1        2        3        0.112        0.113        0.114        0.112        0.451
0 U0 q' x3 q: t2 l0 J6 E5        2        2        3        1        0.136        0.104        0.115        0.113        0.468
6        2        3        1        2        0.106        0.111        0.110        0.100        0.427
7        3        1        3        2        0.124        0.100        0.112        0.112        0.448
8        3        2        1        3        0.085        0.125        0.080        0.101        0.391
9        3        3        2        1        0.114        0.115        0.127        0.115        0.471
7 z9 `7 R; S; E! |$ J6 j* v    表3  各因子线烧蚀率之和  mm•s-1
( E; W, T" R8 \0 I因子        水平        合计
        1        2        3       
A        1.182        1.346        1.310        3.838
B        1.381        1.257        1.200        3.838
3 V! K& W) T$ ~1 f/ w0 C, h% iC        1.300        1.320        1.218        3.838
6 c, K9 Q2 t, H1 HD        1.421        1.273        1.144        3.838
, q- [0 {. |8 g* k- g( D) O* o    表4  方差分析
方差来源        f        S        F值        显著性        ρ/%
* ^9 D- q( I, F9 Z* Y4 d7 J  ?2 pA        2        0.0012        5.00        *        10
B        2        0.0014        5.83        **        12.1
C        2        0.0005        2.08                 2.7
D        2        0.0032        13.33        **        30.8
) }, F! W  Z" Z: e: T* v* G1 X误差e        27        0.0033                          44.4
. x! ]1 f- C4 G7 \∑e        35        0.0096                          100
+ q5 g' W9 r* ~9 k; k: J    注：f为自由度；S为偏差平方和；F值为偏差均方与误差均方之比；ρ为对试验指标的贡献；*为显著，**为极显著。
    从表4可以看出，硼酸锌和固体氯化石蜡用量对EPDM胶料的耐烧蚀性能影响极显著，耐烧蚀硼树脂用量影响显著，三氧化二锑用量影响不显著。分析原因认为，胶料混炼时，受机械剪切力的作用，橡胶分子链断裂，生成大量的游离基，耐烧蚀硼树脂中的缺电子硼与这些游离基键合，形成成碳性好的橡胶-树脂粒子结构，有效改善了胶料的耐烧蚀性能。此外，高温下胶料的成碳性好和碳层结构致密，胶料的耐烧蚀性能才好。硼酸锌高温分解时，生成的不挥发性锌化合物和硼化合物大都存留在胶料表面的碳层中，阻止下层碳氧化；同时硼能使碳层中石墨表面对氧敏感的部分反应点失去活性，从而保护碳层。三氧化二锑本身不具有阻燃性，但其与固体氯化石蜡并用，在高温下生成的三氯化锑覆盖在胶料表面，能促进胶料表面成碳、切断胶料与氧的接触和降低胶料表面温度，从而减缓胶料的热分解和氧化分解。在三氧化二锑用量达到一定值后，固体氯化石蜡用量增大，这种作用显著增大。
    试验得出，耐烧蚀性能的最佳水平组合为A1E3C2D3，即耐烧蚀硼树脂、硼酸锌、三氧化二锑和固体氯化石蜡用量分别为10，9，15和30份。
. T9 }# B3 Z( S, J: o6 Q0 I    2.2  优化配方及性能
    耐烧蚀EPDM胶料的优化配方确定为：EPDM  100，白炭黑  15-25，氧化锌  5，硬脂酸  0.6，纤维  5，耐烧蚀硼树脂  10，硼酸锌9，三氧化二锑  15，固体氯化石蜡  30，增塑剂DOS  8，硫化剂DCP  5。该配方胶料的性能见表5。从表5可以得出，该配方胶料的耐烧蚀性能和拉伸性能达到指标要求。
- p0 H' I& L4 H7 w% [: g    表5  优化配方胶料性能
项目        实测值        指标
; W, V" f( L; W9 H2 o5 M密度/(Mg•m-3)        1.27        ≤1.25
线烧蚀率/(mm•s-1)        0.081        ≤0.1
质量烧蚀率/(g•s-1)        0.052        ≤0.06
3 y! \$ D7 k- j2 g$ A拉伸强度/MPa        4.98        ≥4
拉断伸长率/%        527        ≥300
    3  结语
  U; C" L+ H9 Y$ j3 R" U% p4 R$ E    采用耐烧蚀硼树脂、硼酸锌、三氧化二锑和固体氯化石蜡用量分别为10，9，15和30份制备的EPDM胶料耐烧蚀性能和拉伸性能好，可用作固体火箭燃烧室绝热材料。

剑走偏锋

LZ辛苦了。
谢谢你的资料，学习了。

lsgcxl

学习了，做耐灼烧输送带覆盖胶可以参照，谢谢

mike_li

楼主辛苦了，帖子非常好，我正好要做EPDM阻燃配方，借鉴了！顺便问一下，你EPDM生胶用的那个牌号？

lhx0309

EPDM牌号一般是根据使用要求、物性指标等多方面来确定的。输送带中用的EPDM国产的一般用4045吉化的、日本三井的一般式505A。

liulis

楼主好资料、谢谢分享。

rubberbusiness

楼主辛苦了。。。。。。。。