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[技术] 天南手札系列之二:高拉伸强度EPDM配方设计

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发表于 2010-5-17 14:41:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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天南手札系列之二:高拉伸强度EPDM配方设计9 y' U% _  l3 Z0 a7 R7 q$ [/ W. p7 |

7 B) w4 e7 ^' ?: e2 z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
' p5 U4 E3 |$ L( I2 H( n( I6 v# e5 J5 y# H& P4 c
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。
+ \- @9 K! H% I, f, k+ S' t
1 z2 q2 d- M' K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。" T0 ?4 q, Q) q" s) E5 T3 Q" k
( G4 v: a( A/ h
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。
! V5 R2 f9 r! v# Q( y6 A/ u% s0 x/ @7 @& k9 t: k* T+ F. c* C
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?3 z+ F& X6 k9 f. |) M
- X* K' c- u" X  e& |$ [
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。8 `: d/ D3 M( ]5 l$ K$ Z$ Z6 x0 w. e

8 }( \  E1 g' Y0 h吉林石化4045指标:
( @) K4 I* e" X4 S$ T! {乙烯:528 }; f( T, i& c% F* I
ENB:7.1
% E2 A& X/ }! f, p: [) B  D门尼,100℃:46;(非125℃值)
2 x; }: n- N; Y4 H, i7 ]5 _) `( B, `" m) {
混炼配方:9 H8 r; P7 ^9 }* m/ v
乙丙橡胶        100
$ m8 g& b9 Y9 B1 e$ h氧化锌            56 S# J2 r' f) |& E' a
硬脂酸            10 c- U3 V. Q3 e" B. ~
硫黄            14 L$ k3 l; e. b+ d2 P
TMTM(TS)      1
& k% k5 Q& {( p: ?3 ~+ K  a石蜡油          10
. b( @% w/ {9 s$ K& IHAF             556 Q7 H- [+ B2 Q
160℃×30分钟硫化。* S* u" t) g$ l* Q8 _: D7 O, v* B

2 V5 N, o  o% w2 n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。3 k. P. t0 n; N- x+ b. L# S7 |
一天后,结果出来了。测试的结果:  p$ z6 Y4 w0 E5 y3 }
1 V( D6 G4 k1 Z. ]. z" T' r
4045生产时间              2002.1                2003.1
# j: w% y- b) n8 @/ |( \/ ^混炼胶门尼ML1+4100℃       57.3                  57.8
7 ~( y' ^% I  M5 w" }拉伸强度,MPa              21.90                20.809 Z# _. h( f6 m
300%定伸应力,MPa          11.00                11.30
! m0 p5 ?% b( ~9 X$ y: \4 e! r# O" r伸长率,%                  510                   500
6 B1 W: X$ @/ P3 X& s硬度,HS                   66                    65
1 i/ x4 Z# W: L' ^9 ^' t' O
) Z1 t+ H$ t+ _+ \* F( N0 V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!
* v/ N& I, L9 k0 A7 j3 |$ Y/ ]8 r! Z
* u6 V7 [% _& V4 d- h1 k0 p% t4 `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。; I5 t" Z' ]- u) O/ a- U0 T
5 D- M$ j/ e" P& J7 X
比如说,换成吉林石化的J-3080,大家看一下。- L0 P1 |/ m" `( e1 U2 a# o
乙烯含量%                 70.51 x8 X1 k/ U0 R) q$ x
ENB                     4.1
/ ]5 C' q& c% O2 I0 @# X$ E门尼粘度 ML125℃1+4       726 q3 G& V" _4 C7 G7 h

* O' m9 p; \3 P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:3 u7 Q4 Q; P0 }9 L  B+ d
J-3080p        100
# V  P. N  w+ c4 R氧化锌            5
% Y9 j6 _# Z9 p+ l硬脂酸            1
8 ~( c9 s( Y. ]: T% s/ _5 V炭黑 HAF          80! ^3 y' L0 h" k9 S) @4 I" V/ X7 g
石蜡油           50  x7 ?0 J7 I# S. Z3 O  w
促进剂 M        0.5! t3 ]( ~/ v& C. `
促进剂TT        1.0
- v; @( e1 o5 [+ z硫磺            1.5
' y0 t( t) Q  b( X
. ?" z2 `! f) ~% w: g2 P物性测试如下:9 Q; E- G  Q. a0 k$ B! X2 _/ a
J-3080p硫化胶的物理性能9 `: S3 k3 o- O" J# f8 f$ k* l/ X
硫化条件:   160℃ⅹ20min4 m# ?4 T$ K8 h7 G+ C
性能名称          实测值
3 E2 K! N( d) k0 y$ ]3 E拉伸强度  MPa        23.46& k2 h- m1 i& m
300%定伸应力MPa     11.708 N9 y: S" @' g
扯断伸长率   %        4806 E: H% D8 C3 x% J7 m9 ^
硬度(邵尔A)         67% r+ t5 `* O) s6 Y1 k
混炼胶门尼ML100℃1+4   70/ ^2 j2 x0 m5 u

# S" g) ]) m* L9 H在这种填充条件下,拉伸值大约能提高2个兆帕左右。& @; w& N0 S3 z
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。4 F0 U) H) U: u& o4 Z

1 H4 l  ]% r1 [如果要制得低硬度高定伸制品,直接添加油量。如6 ]( N8 F8 b. |0 D, F) \' ]
J-3080p        100
/ r5 J; m4 S0 l* B3 D  K氧化锌            5. Z4 e4 x5 j4 P' A
硬脂酸            10 \6 O/ ^  _  |+ d; l3 C
炭黑HAF          859 ~& p- K- T4 B9 `5 W; U
石蜡油          85* _- C  |- V8 [- i* A
促进剂M         0.5- W, _  K- N1 g0 `7 T% ]
促进剂TT        1.04 I( G' x2 _3 c5 N' d9 k
硫磺            1.5
4 Z: t. x$ i5 o4 d5 c$ [
" N0 W% `  N& X4 I6 L0 JJ-3080p硫化胶的物理性能4 h. u2 o, N' {2 L
硫化条件:   160℃ⅹ20min% k8 q1 T' b9 o2 B
性能名称                  实测值" K9 d2 w2 s4 r* o( P4 ?7 X8 Q$ x
拉伸强度  MPa           20以上
/ z; `: P3 L9 L' p7 x300%定伸应力MPa        11.70
; |* Y- N  H, u! t5 `  H5 z扯断伸长率   %         720、730, v/ B( T2 j/ f' {; l
硬度(邵尔A)            54* m3 f+ G: s2 y! h1 R/ G' P" u

( d3 V! O7 d: O+ D9 p- i$ H* K如果要值得高硬度制品,减少油量,当软化剂用量为零时,
* U0 e+ l' H+ j* W) D# \拉伸,19兆帕以上;EB,200%,硬度84;
: B' m5 t$ G# N5 y6 C+ ~8 j. w! E) v/ x5 C7 y$ U( a
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。. e4 e3 m; T6 ]$ d) c# }

7 r/ @* R( N# a5 I# U4 ]0 M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。5 K' u6 o' T' J* c3 `" X

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0 V4 G; z9 w# E

评分

参与人数 35胶分 +133 技术指数 +65 收起 理由
GSrubber + 2 非常感谢!
raoyupeng + 5 好文章,楼主辛苦了!
独登高处 + 2 精彩回复,谢谢!
jamaki + 2 + 1 实践出真知,谢谢
Puma + 2 + 1 观点新颖独到啊
boboyc + 5 + 5 大作拜读了,有机会再向您请教!
胶大 + 10 + 10 精品文章。厉害。
wangju_xxx + 5 优秀文章,好好学习下!
yanghuidxp + 2 优秀文章,好好学习下!
纳米郎 + 5 精品啊

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发表于 2010-5-17 14:56:54 | 显示全部楼层
楼主辛苦~打了这么多上来~但一些观点小弟不敢苟同。
- m. V! \$ u& Y+ b+ K+ }9 \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。。。1 F1 K* d$ M! ~" L$ ^& ?9 ^
实践下来再回头看看书上说的,也确实是那么回事。。。- t% f! F' q# k, ^- `
当然,这是个人观点,讨论而已~

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参与人数 2胶分 +3 技术指数 +2 收起 理由
jamaki + 2 + 1 你说的对,需要性能百尺竿头更进一步的时候 ...
梦回天南 + 1 + 1 欢迎交流

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发表于 2010-5-17 14:59:03 | 显示全部楼层
您好;感谢楼主的经验之谈!学习了!
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发表于 2010-5-17 15:00:20 | 显示全部楼层
好资料,顶起来大家学习。
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发表于 2010-5-17 15:08:12 | 显示全部楼层
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。
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发表于 2010-5-17 15:09:57 | 显示全部楼层
顶一下,楼主对EPDM了解很深刻呀!
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发表于 2010-5-17 15:12:04 | 显示全部楼层
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?
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发表于 2010-5-17 15:12:48 | 显示全部楼层
检验配方,用作科研不错
( l( j, Y2 X" v9 D2 K! z4 b$ H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。/ ]# u$ e1 J, }2 ^) S# W. V8 [
另外,我对吉化的橡胶中偶尔出现的凝胶心有余悸

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参与人数 3胶分 +5 技术指数 +1 收起 理由
zheng213 + 2 精彩回复,我看好你哦!
lenwenq + 2 我觉得他获得高物性的关键就是20.30min硫化
梦回天南 + 1 + 1 精彩回复,我看好你哦!

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发表于 2010-5-17 15:17:37 | 显示全部楼层
有依据就不错了,量产当然要适当调整!!!
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发表于 2010-5-17 15:19:32 | 显示全部楼层
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。
. E' c/ f3 S/ U4 u5 d4 ?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%。
' I6 ^1 `+ O* z! B6 N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。5 {1 o7 P" g2 f- y6 u1 h; z
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
( t# v- m% V2 V才能组合出一个好的配方。3 `1 L5 r; r) ^& S2 d' ^1 Z
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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梦回天南 + 3 + 1 精彩回复!

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