乙丙橡胶的配合体系和性能特点

1 乙丙橡胶概述

乙丙橡胶（EPR）是以乙烯和丙烯为基础单体共聚而成的一类合成橡胶的统称。乙丙橡胶由于分子链的高饱和性，使之与其它通用橡胶相比，具有优异的耐候性、耐臭氧性、耐热性、良好的电绝缘性和耐化学介质腐蚀性，而且相对密度低、填充量大，对各种常规的橡胶加工方法具有很好的适应性。目前在国内市场上，乙丙橡胶主要用于汽车配件、建筑材料、电线电缆、聚烯烃塑料改性和油品添加剂等。其他领域还包括铁路运输、地铁工程、管道输送等方面。乙丙橡胶以其独特的性能，在汽车工业、建筑行业、输送带、耐热胶管、耐热制品及绝缘材料等领域有广泛的应用。

2 EPDM分类

乙丙橡胶分类方式

由乙烯和丙烯共聚得到的为二元乙丙橡胶，而由乙烯、丙烯及一种非共轭二烯烃共聚得到的则称为三元乙丙橡胶。三元乙丙由于所带第三单体的不同而不同，如图所示：

3 EPDM的配合

3.1补强体系

3.1.1炭黑

在EPDM中，高补强性的炭黑（如N330）更多用于要求补强高、耐磨的场合，如用于矿山开采的输送带等制品中。低补强性炭黑（如N774、N990等）由于对胶料硬度和黏度增加不明显，可大量填充，并具有较好的动态性能和回弹性，更多用于要求低压缩永久变形的密封件、海绵发泡制品和低硬度胶料中，但胶料的拉伸和撕裂强度不是很高，所以通常也与中高补强性的炭黑进行并用，已实现性能的互补。

3.1.2白炭黑

白炭黑目前仍是唯一的补强性最好的浅色填料，并具有较好的绝缘性，所以在EPDM的浅色胶料、彩色胶料和电绝缘胶料中普遍应用。

3.1.3无机填充剂

无极填充剂是天然矿物粉碎级别或化学反应物沉淀分离而得到的细粒子状无机物，一般价格低廉，密度较大，补强性较小，在胶料中主要起增容降成本或改善加工性能的作用，有些填料还可使胶料获得特殊的性能（碳酸钙、滑石粉、陶土、二氧化钛、氢氧化铝、硫酸钡）。

3.2防护体系

耐臭氧老化一般方法：（1）配方中加入抗臭氧剂，抗臭氧剂一般是一些给电性很强的物质，如芳香族胺类（防老剂4010NA等），其与臭氧的反应性更高，不断迁移至产品表面，从而起到对橡胶大分子的防护；（2）配方中加入防护蜡，通过蜡在橡胶表面的喷出，隔绝臭氧的作用。

防臭氧老化的防老剂，（1）自由基抑制剂：如胺类、酚类和氢化喹啉类等，其具有比橡胶分子更活泼的氢原子，可以避免从大分子的夺氢反应，因此也抑制自由基的连锁反应；（2）属于过氧化物分解剂或叫防老增效剂，如有基硫类（防老剂MB、MTI等）和有机磷类化合物，其可阻止活性剂的不断再生；（3）紫外光稳定剂，如苯并三唑类、有机镍类和受阻胺类等，可以阻止紫外光造成的链引发；（4）有害金属抑制剂，如胺类、酚类。有机硫类和有机磷化合物等，可以减轻有害金属对老化的催化作用。

3.3硫化体系

3.3.1硫黄硫化体系

EPDM由于分子中含有侧链的不饱和键，所以可用硫黄硫化体系进行硫化。硫黄硫化体系一般是在活化剂氧化锌和硬脂酸的存在下，由硫黄和数种促进剂组成。

由于EPDM的不饱和度（不饱和双键的数量）与其它高不饱和二烯烃类橡胶（如NR、SBR、BR、NBR等）相比要低得多，在用硫黄硫化体系硫化时，硫化的活性较低，所以硫化体系就要相对强许多。因此，EPDM采用硫黄硫化体系时一般促进剂的用量较大，品种较多，且高活性超速促进剂（如二硫代氨基甲酸盐类和秋兰姆类）的应用非常普遍。硫黄在非极性EPDM中的溶解度较小，用量过大时易造成喷硫而影响制品外观，所以用量一般不超过2.5份。使用不溶性硫黄（即硫原子的高聚合态），可解决喷硫问题，防止硫黄在胶料中喷出或迁移，可提高胶料的贮存安全性和成型粘度。

一些含硫化合物，如二硫代二吗啡啉（促进剂DTDM）、二硫化或多硫化秋兰姆（如促进剂TT、TRA、TE）等，不但可以作为普通硫磺硫化体系的活性促进剂，而且再加热硫化的过程中，还可分解出活性硫，因此可代替（或部分代替）硫黄在无硫或有效硫化体系中充当硫化剂使用，并可有效控制硫键的长度，已形成更多短的单硫交联键或双硫交联键。这些短的交联键稳定性更好，可使胶料的耐热性和压缩永久变形性能得到改善。在EPDM中，这些硫化合物用作硫化剂时的用量一般为1～3.5份。

采用硫黄、促进剂硫化体系硫化EPDM时，加入活性剂时必不可少的（含锌类促进剂的硫化除外）。一般情况，活性剂采用的是氧化锌和硬脂酸。在硫化过程中，氧化锌和硬脂酸反应形成可溶性盐，增加了金属氧化物对促进剂的活化能力。

氧化锌作用活性剂时，一般用量为3～10份，通常采用5份。由于EPDM的硫化活性没有一般二烯烃类橡胶高，所以一些快速硫化的胶料中，尤其是在微波连续硫化的胶料中，往往采用活性氧化锌，可明显提高EPDM的硫化速度和交联程度。特别是市场出现的一些超细活性氧化锌或纳米氧化锌，由于粒子较细，不但具有活性高、易分散的优点，还可提高硫化制品的外观质量，并且相对普通氧化锌还可以减少用量。市场上还可买到分散性的氧化锌产品，它们一般用分散剂或润滑剂对氧化锌表面进行包覆，并混入聚合物中制成母胶颗粒的形式进行出售。

硬脂酸作为活性剂时，用量一般为1～3份。硬脂酸除了作为活性剂外，还可改善工艺性能，提高胶料的分散性，减少胶料与金属表面的摩擦，防止粘辊，并能提高挤出速度和产品的外观质量。在海绵胶料中，硬脂酸还是有机发泡剂的活性剂（又成为发泡助剂），可降低发泡机的分解温度。作为发泡助剂使用时，硬脂酸的用量一般可提高为2～5份。硬脂酸用量过大，易喷出，且会降低胶料的粘着性，因此在配合中应注意其用量。

聚乙二醇（PEG）也是EPDM硫化中常用的活性剂，相对分子量为3000～4000.对噻唑类等促进剂有较好的活化作用，可提高硫化速度和教练程度，一般用量1～3份。

3.3.2过氧化物硫化体系

过氧化物硫化剂的分解速度与其分解活化能相关，所以在硫化工程中首先应选择活性适合的过氧化物。过氧化物的分解速度与其受热的程度有关，温度越高，分解速度越快，或者延长硫化时间也可达到相似效果。这些过氧化物中，DCP具有最好的贮存稳定性和适中的活性，价格低廉，应用最为广泛，但缺点是硫化后产生的分解产物有很重的刺激气味。在配合活性剂的情况下，过氧化物的用量可适当减小。过氧化物体系中可加入少量的硫黄，消除聚合物自由基的不利副反应。

3.3.3酚醛树脂及其它硫化体系

EPDM因存在不饱和键，所以也可采用反应性酚醛树脂体系硫化。酚醛树脂硫化是在酸性条件下，酚醛树脂的醚键分解，然后按照碳阳离子进行交联。这种交联键的刚性和稳定性较大，酚醛树脂硫化EPDM的硬度较大，胶料的耐热性和压缩永久变形性能很好。

此外，EPDM还可采用醌肟类（如对醌二肟）进行硫化，并需加入活性高的金属氧化物作活性剂（如氧化铅等）。醌肟类硫化的胶料虽然耐热老化性能比硫黄～体系好，但物理机械性能差，胶料硬度偏高，价格昂贵，很少采用。

3.4增塑体系

无论是EPDM还是EPM，石蜡基油目前都是首选的软化剂（增塑剂），然后再根据具体的要求选择相应粘度和品质的产品。对于软化剂的用量，应根据胶料的性能指标和所要求的加工工艺能来确定。一般随着软化剂用量的增加，胶料的含胶率减小，硫化胶的回弹性和物理机械性能变差，压缩永久变形加大。所以，对于密封件等要求低压缩永久变形或良好物理机械性能的胶料，软化剂的用量不宜过大，一般为5～30份。

4 EPDM的特点

4.1耐热性

乙丙橡胶分子主链完全饱和的碳-碳键稳定结构，是乙丙橡胶具有很好耐热性的原因。

乙丙橡胶的耐热及耐热老化性能优于其它通用橡胶，只要配合适当，乙丙橡胶的长期工作温度可达120℃，最高连续工作温度为150℃，短时间甚至可耐230～260℃高温。这种良好的耐热老化性能使其成为制造耐热输送带、耐热胶管等耐热制品较为理想的弹性体材料。

4.2耐候性与耐臭氧性

与其它通用橡胶相比，乙丙橡胶的分子主链饱和度高，化学结构稳定。因此，无论是在静态和动态条件下，乙丙橡胶都具有很好的耐天侯和耐臭氧老化性能。

耐候性与耐臭氧、氧气、阳光曝晒、紫外线、干燥、潮湿、颜色、寒冷等自然天气老化的作用。这一突出的性能，使得乙丙橡胶在汽车和建筑用密封条、防水卷材、橡胶水坝、船舶部件、户外帐篷等耐候性要求极高的场合，始终保持着最大的市场应用份额。

4.3绝缘性能

乙丙橡胶分子链不含有极性基团，因此具有优异的绝缘性能。其体积电阻1013～1015Ω·m击穿电压也很高，耐电晕放电性能、耐电壶性、耐电龟裂与丁基橡胶接近。乙丙橡胶的电绝缘性能不仅优于大多数通用橡胶、特种橡胶，而且优于氯化聚乙烯和聚氯化乙烯等聚合物。

由于乙丙橡胶还同时具有很好的耐臭氧、所以乙丙橡胶能够占据橡胶类电气绝缘制品应用的主导地位丝毫不奇怪。它们广泛应用于各种电绝缘制品，如电线和电缆的绝缘护套、火花塞护套、电插头绝缘体、电器螺纹接套等。

4.4耐化学介质性能

乙丙橡胶具有优异的耐化学介质（化学药品）性能，能够抗耐多种极性溶剂、含氧溶剂、无机盐、有机盐、动物油、植物油、碱、弱无机酸等化学介质的侵蚀。如刹车液、水、冷却剂、氧化剂（H₂O₂、HClO、过溴酸钠）、洗涤剂、强碱（氢氧化钠）、酮、某些酯类、特殊介质（如含氟、氯化合物）等。

4.5乙丙橡胶缺点

尽管乙丙橡胶分子主链的饱和结构特点带给乙丙橡胶许多优异性能，但正是由于其分子结构本身的特点，导致其存在一些缺点：

(1)胶料粘性方面，虽然乙丙橡胶目前已成为非轮胎制品领域应用范围最为广泛的弹性体，但是仍然无法在轮胎制品的生产中大显身手。其原因，主要就是乙丙橡胶自粘性和互粘性较差，容易造成轮胎脱层。这一缺点也是乙丙橡胶应用中最大的问题之一。

(2)生胶价格方面，乙丙橡胶诞生之初，曾被橡胶工业人士给予厚望，由于其低廉的单体使得有人预测它将成为橡胶中用量最大、成本最低的橡胶。但时至今日，乙丙橡胶的生胶价格仍比当初人们期望的要高，并且属于七大合成橡胶中价格较高的（其价格低于丁基橡胶和氯丁橡胶、却要高于丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶和丁腈橡胶）。

(3)硫化速度方面，二元乙丙橡胶分子链完全饱和，不含有活性较高的双键结构，因此到目前为止无法采用硫黄体系进行交联，只能采用硫化速度较慢的过氧化物等少数硫化剂进行交联。从而限制了这种具有许多宝贵特征的弹性体的应用。

(4)其它方面，乙丙橡胶的耐油性、阻燃性和气密性也比较差。因此，乙丙橡胶不能单独应用于耐矿物质油、烃类溶剂油的制品中；用于阻燃制品时，也要比其它弹性体加入更多的阻燃剂填料，因而成本相对较高，并且阻燃效果也较差；与丁基橡胶并用作内胎时，会部分降低丁基橡胶内胎的气密性，因而并用量受到限制。

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来源：熠烁