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TPV讲堂6:EPDM分子结构与性能
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EPDM基本概况

三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物,1963年开始商业化生产。EPDM最主要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族,它具有极好的硫化特性。在所有橡胶当中,EPDM具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。因此可以制作成本低廉的橡胶化合物。


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三元乙丙橡胶分子结构和特性

图片

图 三元乙丙橡胶分子结构

三元乙丙是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物。二烯烃具有特殊的结构,只有两键之一的才能共聚,不饱和的双键主要是作为交链处。另一个不饱和的不会成为聚合物主链,只会成为边侧链。三元乙丙的主要聚合物链是完全饱和的。这个特性使得三元乙丙可以抵抗热,光,氧气,尤其是臭氧。三元乙丙本质上是无极性的,对极性溶液和化学物具有抗性,吸水率低,具有良好的绝缘特性。

在三元乙丙橡胶生产过程中,通过改变第三单体的种类和含量,乙烯丙烯比,分子量及其分布都可以调整其特性。  


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第三单体种类和含量对EPDM性能的影响

EPDM第三单体的选择是通过与乙烯和丙烯的共聚,在聚合物中产生不饱和键,以便实现硫化。第三单体的选择必须满足以下要求最多两个不饱和键:一个可聚合,一个可用于硫化。目前工业化生产三元乙丙橡胶用第三单体只有如下三种:乙叉降冰片烯(ENB)、双环戊二烯(DCPD)、1,4-己二烯(HD)CH3-CH=CH-CH2-CH=CH2(此种单体目前只有美国Du Pont公司一家使用)。

三元乙丙中最广泛使用的是ENB,它比DCPD产品硫化要快得多。在相同的聚合条件下,第三单体的本质影响着长链支化,按以下顺序递增:EPM<EPDM(ENB)<EPDM(DCPD)   

三元乙丙其他的受二烯烃第三单体影响的还有:  

第三单体

对应EPDM特性

ENB

快速硫化,高拉伸强度,低永久形变

DCPD

防焦性,低永久应变,低成本

随着二烯烃第三单体的增加,将会有下列影响发生:更快硫化率,更低的压缩形变,高定伸,促进剂选择的多样性,减少的防焦性和延展,更高的聚合物成本。  


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乙烯丙烯比对EPDM性能的影响

乙烯丙烯比可以在硫化阶段进行改变,商业的三元乙丙聚合物乙烯丙烯比由80/20到50/50。当乙烯丙烯比由50/50变化到80/20时,正面的影响有:更高的压坯强度,更高的拉伸强度,更高的结晶化,更低的玻璃体转化温度,能将原材料聚合物转化成丸状,以及更好的挤出特性。不好的影响就是不好的压延混合性,较差的低温特性,以及不好的压缩形变。当丙烯比例更高时,好处就是更好的加工性能,更好的低温特性以及更好的压缩形变等。耐老化、电绝缘性能和耐臭氧发能突出。乙丙橡胶可大量充油和填充碳黑,制品价格较低,乙丙橡胶化学稳定性好,耐磨性、弹性、耐油性和丁苯橡胶接近。乙丙橡胶的用途十分广泛,可以作为轮胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件,还可以作电线电缆包皮及高压、超高压绝缘材料。还可制造及鞋、卫生用品等浅色制品。加微信abqfeng申请加入艾邦专业TPV交流群,验证时请备注您的“公司+主营”。


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分子量 和分子量分布对EPDM性能的影响

弹性体的分子量通常用门尼粘度表示。在三元乙丙的门尼粘度中,这些值是在高温下得到的,通常为125℃,这样做的主要原因是要消去由高乙烯含量所产生的任何影响(结晶化),由此会掩盖聚合物的真正分子量。三元乙丙的门尼粘度范围在20到100之间。也有更高分子量的商用三元乙丙也有生产,但一般都充油,以便混炼。         

三元乙丙橡胶的分子量分布可以通过凝胶渗透色谱法使用二氯苯作为溶剂在高温下(150℃)测量而得。分子量分布通常被称为是重量平均分子量与数量平均分子量的比例。根据普通和高度支化的结构,这个值在2到5之间变化。含有DCPD的三元乙丙橡胶具有更宽的分子量分布。通过增加三元乙丙橡胶的分子量,可以得到更高的拉伸和撕裂强度,在高温情况下更高的生坯强度,能够吸收更多的油和填料(低成本)。随着分子量分布的增加,较好的混炼和碾磨加工性;但是,较窄的分子量分布可以改善硫化速度,硫化状态以及注塑行为。 



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