采用转矩流变仪研究EPDM再生胶的制备及性能影响因素

杨 慧，徐云慧，翁国文

（徐州工业职业技术学院，江苏 徐州 221140）

三元乙丙橡胶（EPDM）是由乙烯、丙烯和少量非共轭二烯共聚而成的无规弹性体。由于分子主链中没有双键，EPDM具有优异的耐热老化性能、耐臭氧老化性能、耐天候老化性能及耐化学介质性能；由于少量非共轭二烯作为第三单体引入，分子侧链含有少量双键，EPDM可采用硫黄硫化。EPDM广泛应用于汽车橡胶部件、电线电缆护套、防水卷材、耐热输送带和蒸汽胶管等。随着EPDM应用的不断扩展，必然产生大量的废旧EPDM。有效而环保地处理废旧EPDM已成为橡胶行业重要的课题。传统的油法和水油法等橡胶再生方法二次污染严重、生产效率不高，已不适应当前的要求[1]。

本研究利用机械剪切作用，采用转矩流变仪对EPDM进行再生，探讨再生时间、温度和活化剂对EPDM再生胶胶料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

废旧EPDM，邢台恒瑞橡塑科技股份有限公司提供；活化剂420，450和480，莱芜市红象科贸有限公司提供。

1.2 主要设备与仪器

XSS-300型转矩流变仪，上海科创橡塑机械设备有限公司产品；XK-160型开炼机和QLB-50D/Q型双层电热平板硫化机，无锡市第一橡塑机械有限公司产品；GT-7080S2型门尼粘度仪、GT-M2000A型无转子硫化仪和A1-7000-GD型拉力试验机，台湾高铁检测仪器有限公司产品。

1.3 试样制备

（1）EPDM再生胶

再生配方：废旧EPDM 100，松香 0.5，硬脂酸 1，促进剂M 0.5，活化剂 变品种、变量。

再生工艺：清除废旧EPDM表面杂质，将废旧EPDM裁剪成小片，置于开炼机（辊距为1 mm，辊温为45～65 ℃）上破碎，过辊6遍，制得较粗的胶粒。胶粒经筛选后，再在开炼机上与松香、促进剂M、硬脂酸和活化剂混炼均匀，将混合物料放入预热的XSS-300转矩流变仪中制得再生胶。

（2）EPDM再生胶胶料

按GB/T 13460—2008《再生橡胶》确定EPDM再生胶胶料的试验配方和混炼工艺。

试验配方：EPDM再生胶 100，氧化锌 5，硬脂酸 1，促进剂TMTD 1，促进剂M 0.5，硫黄 1.5。

混炼工艺：胶料在开炼机（辊距为1 mm，辊温为45～65 ℃）上混炼，依次加入EPDM再生胶、促进剂、氧化锌、硬脂酸和硫黄，混炼均匀后薄通下片，混炼胶在常温下停放8 h后硫化，硫化条件为170 ℃×15 MPa。

1.4 性能测试

胶料的密度按照GB/T 533—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶 密度的测定》测试，门尼粘度按照GB/T 1232.1—2000《用圆盘剪切粘度计进行测定 第1部分 门尼粘度的测定》测试，拉伸性能按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定》测试。

2 结果与讨论

2.1 再生时间和活化剂用量对EPDM再生胶胶料性能的影响

图2 再生时间对EPDM再生胶胶料门尼粘度的影响

图3 再生时间对EPDM再生胶胶料拉伸强度的影响

图4 再生时间对EPDM再生胶胶料拉断伸长率的影响

再生时间和活化剂用量对EPDM再生胶胶料性能的影响如图1～4所示（采用活化剂450，再生温度为170 ℃）。从图1～4可以看出：活化剂用量和再生时间对再生胶胶料密度的影响不大，试验范围内再生胶胶料密度的变化范围为1.21～1.22 Mg·m-3；活化剂用量为1份时，再生时间超过10 min后再生胶胶料的门尼粘度和拉断伸长率分别居中；加入0.5和1份活化剂的再生胶，再生时间为10 min时再生胶胶料的拉伸强度较大，分别为6.3和7.2 MPa，加1.5份活化剂的再生胶胶料的拉伸强度大于6.8 MPa，这3个条件下再生胶胶料拉伸强度均达到GB/T 13460—2008要求（≥6.00 MPa）。

图1 再生时间对EPDM再生胶胶料密度的影响

综合得出，在试验范围内，再生时间为10 min、活化剂用量1份时，EPDM再生胶胶料的性能较好。

2.2 再生温度对EPDM再生胶胶料性能的影响

再生温度对EPDM再生胶胶料性能的影响如图5和6所示（再生时间为10 min，采用1份活化剂450）。从图5和6可以看出：随着再生温度升高，再生胶胶料的密度和门尼粘度变化较小，试验范围内密度变化范围为1.21～1.24 Mg·m-3，门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]变化范围为83～85；再生胶胶料的拉伸强度和拉断伸长率先增大，超过再生温度170 ℃后减小，这可能因为再生温度升高，再生体系的热能增大，橡胶分子运动加剧，橡胶分子链断裂的可能性提高，橡胶分子链断裂生成的自由基浓度增大，而该自由基氧化生成的过氧化物继续分解[2]，橡胶网状结构进一步裂解，再生胶的再生效果较好，而再生温度超过170 ℃后，橡胶裂解过度，再生胶性能下降。因此，EPDM的再生温度为170 ℃较好。

图5 再生温度对EPDM再生胶胶料密度和门尼粘度的影响

2.3 活化剂品种对EPDM再生胶胶料性能的影响

在橡胶再生条件下，活化剂生成自由基，可以与橡胶分子裂解产生的自由基结合，阻止橡胶裂解产生的自由基相互结合，提高橡胶热氧化速度，同时还可引发橡胶双硫键和多硫键裂解，加速橡胶再生。

活化剂品种对EPDM再生胶胶料性能的影响如表1所示（活化剂用量为1份，再生温度为170℃，再生时间为10 min）。从表1可以看出，采用活化剂480的再生胶胶料门尼粘度较小，采用活化剂450的再生胶胶料密度较小，采用活化剂420的再生胶胶料拉伸强度和拉断伸长率较大。因此，采用活化剂420的EPDM再生胶综合性能较好。

表1 不同活化剂对EPDM再生胶胶料性能的影响

3 结论

在转矩流变仪中对废旧EPDM进行再生，当再生温度为170 ℃、再生时间为10 min、采用1份活化剂420时，制得的EPDM再生胶综合性能较好。