乙丙橡胶的结构与性能(一)
2024-08-02 17:08:55乙丙橡胶的分类
乙丙橡胶家族主要包括两大成员:二元乙丙橡胶(EPM)与三元乙丙橡胶(EPDM)。
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二元乙丙橡胶(EPM):这是一种由乙烯与丙烯直接共聚而成的橡胶,其分子链呈现出完全饱和的状态,缺乏可进行常规硫化的活性点。因此,EPM主要依赖有机过氧化物、辐射等特殊硫化手段进行加工,这在一定程度上限制了其应用范围与产量,使得EPM的用量及种类牌号相对较少。金属橡胶密封圈
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三元乙丙橡胶(EPDM):相较于EPM,EPDM在共聚过程中引入了非共轭二烯作为第三单体,这一创新不仅保持了主链的饱和非极性特性,还在侧链上巧妙地引入了少量不饱和双键。这一结构特点赋予了EPDM更为灵活的硫化选择,包括硫黄普通硫化剂体系、有机过氧化物以及辐射硫化等多种方式,极大地拓宽了其加工与应用的可能性。其中,亚乙基降冰片烯(ENB)和双环戊二烯(DCPD)作为最常用的第三单体,分别赋予了EPDM不同的硫化特性和应用优势。ENB型EPDM以其快速的硫黄硫化速度和广泛的适用性而备受青睐;而DCPD型EPDM则在过氧化物硫化方面展现出独特的优势。
乙丙橡胶的结构特征
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二元乙丙橡胶(EPM):其分子链结构呈完全饱和的直链型,乙烯与丙烯单体在链上无规则排列,这种非规整性使得EPM失去了聚乙烯或聚丙烯的结晶性,转而成为一种具有弹性的非极性橡胶。橡胶孔垫圈
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三元乙丙橡胶(EPDM):其主链结构与EPM相似,同为饱和非极性,但侧链上的不饱和双键成为了其独特之处。这些不饱和双键由第三单体的引入产生,数量虽少(仅占1%~3%mol),却对EPDM的硫化性能及整体性能产生了深远影响。通过调节第三单体的种类与含量,可以实现对EPDM硫化速度、物理机械性能等多种特性的精确调控。
乙丙胶结构与性能的关系
影响乙丙橡胶性能的化学结构参数主要有:平均分子量(门尼黏度)、分子量分布、乙烯含量、第三单体类型及含量、单体嵌段性与结晶性、分子链的支化度等。本期先介绍平均分子量(门尼黏度)、分子量分布、乙烯含量这三种结构参数对乙丙胶性能的影响,其他影响因素下期介绍。橡胶产品行情
1、平均分子量(门尼黏度)
平均分子量是衡量乙丙橡胶分子链长度的重要指标,而门尼黏度则作为其实验室测定的常用手段,与分子量密切相关。高分子量的乙丙橡胶通常表现出以下性能特点:
- 物理机械性能优越:随着分子量的增加,乙丙橡胶的拉伸强度、定伸强度、撕裂强度等物理机械性能显著提升。这归因于长分子链间更强的相互作用力,使得橡胶在受到外力时能够更好地抵抗形变。
- 加工性能受限:然而,高分子量也意味着更高的黏度,导致混炼、挤出、压延等加工过程变得困难。高分子量橡胶在加工时往往需要更高的温度和压力,且易产生热量积累,影响产品质量。
- 硫化特性变化:门尼黏度的增加还会影响乙丙橡胶的硫化特性,如提高硫化速度和交联密度,但同时也会降低硫化过程中的流动性,增加焦烧风险。
2、分子量分布
分子量分布反映了乙丙橡胶分子链长度的均匀性。不同分子量分布的乙丙橡胶在性能上表现出显著差异:
- 窄分子量分布:这类橡胶的分子链长度相对集中,物理机械性能优异且稳定。但由于缺乏足够的低分子量组分作为内润滑剂,加工性能较差。
- 宽分子量分布:相比之下,宽分子量分布的乙丙橡胶具有较好的加工性能,如流动性好、混炼效率高。然而,其物理机械性能的均匀性可能不及窄分布橡胶,且在某些极端条件下性能可能有所下降。
- 综合平衡:为了平衡物理机械性能与加工性能之间的矛盾,工业上常采用充油技术或与其他低分子量橡胶并用的方法,以改善高分子量乙丙橡胶的加工性能。硅橡胶厨房电器
3、乙烯含量
乙烯含量是乙丙橡胶中另一个重要的化学结构参数,它直接影响橡胶的结晶性、弹性、硬度及耐温性等性能:
- 结晶性与弹性:随着乙烯含量的增加,乙丙橡胶的结晶度提高,硬度增加,弹性降低。高乙烯含量的橡胶在常温下可能呈现半结晶状态,而低乙烯含量的橡胶则具有更好的弹性和低温性能。
- 物理机械性能:乙烯含量的增加通常能提高乙丙橡胶的拉伸强度、定伸应力和耐磨性。然而,过高的乙烯含量也可能导致橡胶的耐寒性下降和加工性能变差。
- 耐温性能:乙烯含量还显著影响乙丙橡胶的耐温性能。高乙烯含量的橡胶在高温下具有较好的尺寸稳定性和耐热老化性;而低乙烯含量的橡胶则在低温下表现出更佳的柔韧性和耐寒性。
随着分子量(门尼黏度)增加,乙丙橡胶性能变化的一般趋势如下:
A.乙丙生胶:生胶强度提高;与二烯烃橡胶的共硫化性提高。
B.未硫化橡胶:黏度提高;填充性(填料/油)提高;开炼机加工性变差;密炼机混炼(炭黑分散)性改善;挤出速度降低;尺寸稳定性提高;低温和高温下的流动性降低;硫化速度提高;焦烧性变差。
C.硫化橡胶:交联密度提高;拉伸强度提高;定伸应力提高;耐磨性提高;撕裂强度提高;永久变形减小;低温和高温(>100℃)下的弹性提高;耐热老化性提高;耐寒性变差;生热减小;抗屈挠龟裂性改善;应力松弛变慢。硅橡胶导厨房电器