天南手札系列之二：高拉伸强度EPDM配方设计

梦回天南

天南手札系列之二：高拉伸强度EPDM配方设计
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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。
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! t, W! X2 L: M* j$ w2 Y% ]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。
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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？

* i% k" n) F# p2 V0 [! i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。
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吉林石化4045指标：
乙烯：52
2 a# }" Z9 r) ^% ~# y% bENB:7.1
6 x$ e7 u1 \& Z: U( {8 z) N% w门尼，100℃：46；（非125℃值）

7 T2 Z  S  D5 {9 q: _& u混炼配方：
乙丙橡胶        100
+ `" E' Z* T* m7 }2 r# X5 @' s氧化锌            5
硬脂酸            1
6 G- d4 R; C; h硫黄            1
TMTM（TS）      1
石蜡油          10
HAF             55
160℃×30分钟硫化。
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/ Y, z0 f8 C" B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。
0 @7 G# b; P, H一天后，结果出来了。测试的结果：

( R6 U+ b9 _3 {4 q& [  M: ?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
+ P9 E2 u" _# O3 g* h" n1 V300%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！
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0 m6 V: f5 s/ z* E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。
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/ ?" V' Q4 U8 |, A7 |1 C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
3 x# O# R8 b% K" G门尼粘度 ＭＬ125℃1+4       72

- j; Z" L$ b& l1 W$ ]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
# D! M2 N1 K5 Q" i' O6 {; I氧化锌            5
; i/ g) P0 A: E  Y; e1 Y硬脂酸            1
炭黑 HAF          80
石蜡油           50
$ P; S! k% Y; @" _促进剂 M        0.5
6 \, K, k! _2 e& B: z促进剂TT        1.0
硫磺            1.5
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: o* V: `+ ]- Q5 d物性测试如下：
Ｊ－3080p硫化胶的物理性能
硫化条件：   160℃ⅹ20min
$ [( U3 {' P4 c2 U/ o. j0 d" j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
9 C' ]/ T" W2 `4 f硬度（邵尔Ａ）         67
混炼胶门尼ＭＬ100℃1+4   70
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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
% ?% h9 _7 V+ u9 g8 z; k氧化锌            5
硬脂酸            1
# V8 }7 S8 S  Y; w炭黑HAF          85
石蜡油          85
$ E2 ^& P0 {9 l2 X促进剂M         0.5
( Y* Q4 m: k* o! Q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
% ?7 w$ K8 I7 C" X9 m性能名称                  实测值
; m, T+ g; F8 M$ h, ?/ H; N9 G! l拉伸强度  MPａ           20以上
( V. w% d9 M$ h3 |$ z5 L5 \300％定伸应力MPａ        11.70
. }3 D* J7 p' X1 q, l) b' l1 c扯断伸长率   ％         720、730
1 V1 S: ]: F/ }1 j  L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，
) O5 h, ^# |& _$ V+ T3 z拉伸，19兆帕以上；EB，200%，硬度84；
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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。

7 o! L+ K, o5 E+ ?# w/ b* ]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。

0 ~  J' a. H* |8 J0 r/ e$ _  n三个工作日，连续三更，月票拿来！

zlooo

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。。。
2 a- P" M: w. {) F9 }! k实践下来再回头看看书上说的，也确实是那么回事。。。
' J# x4 Z5 t1 b9 o& h当然，这是个人观点，讨论而已~

周宏君

您好；感谢楼主的经验之谈！学习了！

老树新芽

好资料，顶起来大家学习。

hlx5536

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

顶一下，楼主对EPDM了解很深刻呀！

lhx0309

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

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

有依据就不错了，量产当然要适当调整！！！

swrcc

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。
( }0 g# y' d$ D( e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%。
1 Z0 G4 [; }' R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。
! y  M9 r# u2 n" P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
( D+ {, w; C8 _" M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?