三元乙丙橡塑：工業(yè)新寵的多面特質(zhì)

在當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域，三元乙丙橡塑（EPDM）憑借其獨特性能，逐漸成為眾多行業(yè)的熱門選擇。以下是對該材料的詳細(xì)解讀。

一、化學(xué)結(jié)構(gòu)與合成工藝

1.?組成與單體選擇

三元乙丙橡塑主要由乙烯、丙烯和非共軛二烯烴構(gòu)成。乙烯含量在?45 - 75% 之間，丙烯占 25 - 55%，第三單體含量為 1 - 10%。常見的第三單體有亞乙基降冰片烯（ENB）、雙環(huán)戊二烯（DCPD）、1,4 - 己二烯（HD）。其中，ENB 型硫化活性高，交聯(lián)密度大，占據(jù)全球 EPDM 產(chǎn)量的絕大部分；DCPD 型則因成本低，硫化速度稍慢；HD 型耐熱性突出，適合高溫硫化體系。其分子結(jié)構(gòu)式為 -(CH_2CH_2)_x-(CH_2CH(CH_3))_y-(Diene)_z。

2.?生產(chǎn)工藝

溶液聚合法和氣相聚合是主流生產(chǎn)工藝。溶液聚合法以己烷或環(huán)己烷為反應(yīng)介質(zhì)，采用?Ziegler - Natta（釩系或鈦系）催化劑，在 30 - 60℃、0.5 - 2 MPa 條件下進(jìn)行，優(yōu)勢在于分子量分布窄，第三單體分布均勻。氣相聚合法無溶劑，使用茂金屬催化劑（單活性中心），在 50 - 80℃、1 - 3 MPa 下開展，能耗低且環(huán)保性強。生產(chǎn)流程依次為原料精制（乙烯、丙烯純度＞99.9%，二烯烴需去除阻聚劑）、聚合反應(yīng)（催化劑連續(xù)注入，反應(yīng)時間 1 - 3 小時）、單體回收（閃蒸分離未反應(yīng)單體，回收率＞95%）、后處理（水洗脫灰分、擠壓脫水、流化床干燥）。全球主要生產(chǎn)商包括陶氏化學(xué)（美國）、朗盛（德國）、JSR（日本）及中石化（中國）。

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二、分類與牌號體系

1.?按乙烯含量

高乙烯型（60 - 75%）具有高剛性，耐壓縮變形，用于汽車密封條、工業(yè)膠輥等；中乙烯型（45 - 60%）平衡機械性能與低溫柔性，適用于屋頂防水卷材、電纜護(hù)套；低乙烯型（40 - 45%）高彈性，低溫性能良好，可作冷凍設(shè)備密封件。

2.?按第三單體類型

ENB 型門尼粘度 ML(1+4) 125℃40 - 80，硫化速度指數(shù)（t90）3 - 10 分鐘；DCPD 型門尼粘度 ML(1+4) 125℃30 - 60，t90 10 - 20 分鐘；HD 型耐熱性可達(dá) 150℃，優(yōu)于 ENB 型的 130℃。

3.?按門尼粘度

20 - 40 的膠料易流動，適用于注射成型、擠出等復(fù)雜模壓工藝；40 - 60 的通用型膠料，可滿足模壓硫化、壓延等需求；60 - 100 的高粘度膠料需強力混煉設(shè)備，常用于高填充配方、高強度制品。

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三、物理性能表現(xiàn)

1.?硬度

測試標(biāo)準(zhǔn)為?ASTM D2240（邵氏 A），未填充膠料硬度 30 - 50 Shore A，炭黑補強后可達(dá) 40 - 90 Shore A。每增加 20 phr N550 炭黑，硬度提升約 10 度；每增加 10 phr 增塑劑（石蠟油），硬度下降 3 - 5 度。

2.?門尼粘度

在?ML(1+4) 125℃條件下，生膠門尼粘度 30 - 100，高乙烯牌號＞70。高門尼膠料混煉時間需延長或添加流動助劑。

3.?密度

純膠密度?0.86 - 0.87 g/cm3，填充 50 phr 炭黑后密度可達(dá) 1.10 - 1.30 g/cm3，低于天然橡膠和丁腈橡膠。

4.?耐老化性

熱氧老化測試（150℃×168h）后拉伸強度保持率＞80%，需添加防老劑；臭氧老化測試（50pphm 臭氧濃度下 500 小時）無裂紋，性能優(yōu)于天然橡膠。

5.?彈性

硫化膠回彈率?50 - 70%，動態(tài)性能損耗因子（tanδ）0.05 - 0.15，適合低生熱部件。

6.?耐低溫性

低乙烯牌號脆化溫度?- 60℃，高乙烯牌號脆化溫度 - 40℃，TR70 值表明 - 50℃下仍保持 70% 彈性模量。

7.?應(yīng)力松弛

100% 定伸應(yīng)力下，1000 小時后保留率＞60%，添加納米二氧化硅可提升至 75%。

8.?壓縮永久變形

按?ASTM D395 B 法（125℃×22h）測試，過氧化物硫化體系＜20%，硫磺體系 25 - 35%。

9.?其他性能

電絕緣性好，體積電阻率＞1×101? Ω?cm，適用于 10 kV 電纜；耐水蒸氣性佳，100℃水中浸泡 28 天，體積變化＜3%；耐疲勞性強，動態(tài)屈撓壽命＞500 萬次。

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四、化學(xué)性能亮點

1.?耐溶劑性

對醇類、酮類極性溶劑耐受性好，丙酮中溶脹率＜10%；在礦物油等非極性溶劑中溶脹率 30 - 50%，可與 CR 共混改善性能；耐 10% HCl 或 NaOH 溶液，體積變化＜5%。

2.?耐化學(xué)介質(zhì)

熱水（100℃）耐性優(yōu)，體積變化率＜3%；剎車油（DOT3）耐性良，體積變化率 15 - 25%；濃硫酸（50%）耐性差，體積變化率＞100%。

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五、混煉與硫化工藝要點

1.?混煉工藝

建議使用密煉機，填充系數(shù)?0.65 - 0.75。加料順序依次為生膠塑煉（100 - 120℃×2min）、氧化鋅 / 硬脂酸、炭黑 / 填料、增塑劑（石蠟油）、硫化劑（過氧化物或硫磺）。溫度控制方面，硫磺體系排膠溫度≤130℃，過氧化物體系排膠溫度≤110℃。

2.?硫化體系

硫磺硫化配方為?S 1.5 phr + TMTD 1.2 phr，特點高伸長率且成本低；過氧化物硫化配方 DCP 4 phr + TAIC 2 phr，耐熱性好，壓縮變形??；樹脂硫化配方 SP - 1045 8 phr + SnCl? 1 phr，可實現(xiàn)超低壓縮變形（＜10%）。

3.?硫化條件

平板硫化時，硫磺體系?160℃×15 - 30 分鐘，過氧化物體系 170℃×5 - 10 分鐘；連續(xù)硫化可選擇鹽浴硫化（230℃×2 分鐘）或微波硫化（2.45 GHz×90 秒）。

4.?常見問題及對策

焦燒問題可通過控制密煉機冷卻水溫度＜20℃，添加 0.3 phr CTP 解決；氣泡缺陷需預(yù)成型膠料 60℃預(yù)熱 30 分鐘，模壓壓力＞15 MPa；硫化不均可采用分段升溫（120℃→160℃）或后硫化工藝（150℃×2h）。