天南手札系列之二：高拉伸强度EPDM配方设计

梦回天南 · 发表于 2010-5-17 14:41:29

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天南手札系列之二：高拉伸强度EPDM配方设计

天南语录：这个世上没有不好的牌号，只有不合格的配方设计师

在技术论坛上，我看到了好几篇找高拉伸强度的求助文章了。除了这个，也有不少人找一些能耐高温或低温的EPDM配方。在跟帖的讨论中，都是马上就围绕着EPDM的乙烯、丙烯、ENB、门尼在探讨。咱们怎么说那？其实，是现在的关于配方的书上都是这一个模试，所以造成了一种错觉，好像EPDM配方设计必须要在牌号上如何如何，甚至是成了固定的思维了。

比如耐热制品，上来就必须是ENB高的不要，因为所有的书上都会告诉你，随着ENB含量增加，耐热性能会降低。其实，那个 ENB的影响只能是略有影响。真正能起大点作用的，还是和你的硫化体系密切相关的。随着你ENB含量的增加，合理的配方中，老化性能只能是一定的不大范围的浮动。真正能有点距离的，除非你直接放弃了三元，改用二元EPDM，才能起到一个跨度的作用。

低温制品，也成了思维模试了，马上就认为高乙烯的不能用。其实，按照ASTM D 2000-06  和 DA材料（EPDM）将脆性温度分为-40℃、-50℃、-55℃三个档次，如果只是在-40℃使用，除了个别的组成分布宽的EPDM外，几乎所有的牌号都可使用，除非你要求用手摸它。

在培训中，我常常讲这句话：这个世上没有不好的牌号，只有不合格的配方设计师。有一次一个销售人员不同意，在课堂上和我交流，他说很多情况下，就是要挑牌号。他举了个例子，厂家如果要生产高物性值的橡胶制品，这个时候只能挑选那些高乙烯含量（最好是B型），高门尼值的EPDM牌号。这个时候，你总不能让我把吉林石化的4045卖给他吧？

我反问他：为什么不能，如果你掌握了EPDM的特性，你会发现，就是这种低乙烯、低门尼含量的EPDM牌号，照样可以轻松生产出高于20兆帕的拉伸值来。我当时就在课堂上随手写了个检测配方，告诉他，这个就可以。方子写出来，所有的人都摇脑袋，没人相信。反正是守着试验室，现场就开始实际操作。

吉林石化4045指标：
乙烯：52
ENB:7.1
门尼，100℃：46；（非125℃值）

混炼配方：
乙丙橡胶       100
氧化锌          5
硬脂酸          1
硫黄          1
TMTM（TS）    1
石蜡油       10
HAF          55
160℃×30分钟硫化。

就是这个，混炼、测试都是在人家眼皮底下完成的。按照当时的议论，这个方子简直就是垃圾。首先，4045这个牌号的乙烯只有50，这不符合高乙烯含量赋予制品高物性的理论。另外，门尼在100度下才仅有40多，到了125度下的标准门尼估算只能有20多，这样的门尼是无法实现高填充的。一般厂家的填充补强剂往往都要加高达200、300的补强填充体系，一般就只有几个兆帕，最好的也还不过就是勉强十几兆帕的物性。为了防止我“捣鬼”，他又加补了限制，不能过高硬度，因为那样的产品不一定符合厂家的硬度要求。我说我本来也没打算高填充。
一天后，结果出来了。测试的结果：

4045生产时间             2002.1             2003.1
混炼胶门尼ML1+4100℃    57.3                57.8
拉伸强度，MPa             21.90             20.80
300%定伸应力，MPa       11.00             11.30
伸长率，%                510                500
硬度，HS                66                   65

呵呵，看了结果也没人相信，好像颠覆了他们已经掌握了的对EPDM制品的认识。乙丙橡胶啊，硫化多慢啊，所有的厂家在配方设计时，除了S外，全是大量的硫化促进剂，什么TRA/TT/EZ /M/DM/PZ/DTDM /TEEDC/BZ/，只要不喷霜，恨不得都加进去。而这个方子，只有S,1.0，然后就配了个可怜的TMTM,1.0，貌似不应该熟的东西，怎么可能产生这样的物性那！

其实，物性的高低在于是否合适的添加了适于它门尼值的填充补强体系。根据梦回天南的经验，只要是乙丙橡胶，不管你的乙烯和门尼是多少，都应该能作出高物性的制品来，只要你的填充量符合了它的容量。当然，书上的讨论也是正确的。随着乙烯和门尼的变化，相应的物性也的确是在提高着，即使在这种高含胶率中也是有这个趋势的。

比如说，换成吉林石化的J-3080，大家看一下。
乙烯含量％                70.5
ＥＮＢ                   4.1
门尼粘度ＭＬ125℃1+4    72

牌号由4045换成了J-3080，乙烯提高了30份，门尼上升到了70。因为这个门尼上来了，由吉林石化4045的100度下的45换成了125下的70,所以补强剂和软化剂也增加了一部分，配方如下：
Ｊ－3080p       100
氧化锌          5
硬脂酸          1
炭黑 HAF       80
石蜡油          50
促进剂 M       0.5
促进剂TT       1.0
硫磺          1.5

物性测试如下：
Ｊ－3080p硫化胶的物理性能
硫化条件： 160℃ⅹ20min
性能名称       实测值
拉伸强度  MPａ       23.46
300％定伸应力MPａ    11.70
扯断伸长率％       480
硬度（邵尔Ａ）       67
混炼胶门尼ＭＬ100℃1+4 70

在这种填充条件下，拉伸值大约能提高2个兆帕左右。
当然，厂家在要求制品时的硬度会有差异。这个可以根据油的加入来调节。一般情况下，油的加入量会导致拉伸略有浮动，EB和硬度随着油量有较大变化。你可以随意调节。

如果要制得低硬度高定伸制品，直接添加油量。如
Ｊ－3080p       100
氧化锌          5
硬脂酸          1
炭黑HAF       85
石蜡油       85
促进剂M       0.5
促进剂TT       1.0
硫磺          1.5

Ｊ－3080p硫化胶的物理性能
硫化条件： 160℃ⅹ20min
性能名称                实测值
拉伸强度  MPａ          20以上
300％定伸应力MPａ       11.70
扯断伸长率％       720、730
硬度（邵尔Ａ）          54

如果要值得高硬度制品，减少油量，当软化剂用量为零时，
拉伸，19兆帕以上；EB，200%，硬度84；

根据这三个配方的测试结果，大家可以随意调节出任何硬度下的高物性乙丙橡胶制品来。

时间太长了，不说了，欢迎大家对比讨论。个别语句没能详细推敲。

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zlooo · 发表于 2010-5-17 14:56:54

楼主辛苦~打了这么多上来~但一些观点小弟不敢苟同。
对于生胶牌号~它胶种的聚合方式、使用原材料、生产工艺、以及设备差异等一系列因素决定了其本身生胶的特有性能，同时也导致了不同生产商所做出的胶料在基本性能上才差异，不是说书上说的是错的。。。
实践下来再回头看看书上说的，也确实是那么回事。。。
当然，这是个人观点，讨论而已~

周宏君 · 发表于 2010-5-17 14:59:03

您好；感谢楼主的经验之谈！学习了！

老树新芽 · 发表于 2010-5-17 15:00:20

好资料，顶起来大家学习。

hlx5536 · 发表于 2010-5-17 15:08:12

配方只是个参考，大家看了这个资料，可以结合自己的材料进行试验。

zhjin0520 · 发表于 2010-5-17 15:09:57

顶一下，楼主对EPDM了解很深刻呀！

lhx0309 · 发表于 2010-5-17 15:12:04

楼主果然是专家。我有一个问题，这是我在以前做EPDM时感觉到的，我说这个也是很长时间的事情了，记得那是98年或者99年吧，我们做的耐高温带子原来用的是日本三井的4045，后来由于不容易买，所以领导决定用国产的，于是就叫我去了趟你们吉林，当时我记得是吉化研究院，那里的人很好，给我做了详细的介绍，也把不同牌号的样品，每样给了我5公斤。但是我觉得就是从胶块上看，日本三井的4045那个小颗粒特别密实，而吉化的4045的小颗粒就有些发散。不知道是为什么？

之见 · 发表于 2010-5-17 15:12:48

检验配方，用作科研不错

实用性就在于20.30min的试片硫化条件，对杂件讲起来有点脱节。
另外，我对吉化的橡胶中偶尔出现的凝胶心有余悸

KRMQ · 发表于 2010-5-17 15:17:37

有依据就不错了，量产当然要适当调整！！！

swrcc · 发表于 2010-5-17 15:19:32

一个配方的影响因素很多，所以需要根据使用需求来调配”适用”的组合。
例如，需要耐热，要以NR调到EPDM可以达到的等级，应该是不大可能的；要以NR达到NBR的耐油等级也不大可能，这类要求可能在主胶的选用上就决定了90%。
但是，要以SBR、EPDM之类需添加补强剂方能显现机械强度的生胶，如何选用补强剂与其相应的组合则应当是首要的。
所以在组合配方时，应先确认所要开发之要求在哪，关键的重点是什么，如此
才能组合出一个好的配方。
对于乙丙胶而言，乙稀含量高者固然可以得到较高的机械强度，但这点还是不如选用细粒子碳黑的效果，而使用有效架桥系统固然可以提高耐热程度，可是采用有效架桥系统的NR配方真得可以达到EPDM的耐热程级吗?

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