天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶辐射交联制备及其耐热空气老化性能

针对天然橡胶(NR)/三元乙丙橡胶(EPDM)并用胶共混效果不佳和耐老化性能较差的问题,本研究采用辐射交联技术制备了天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶,通过与热交联制备的并用胶对比,明确了辐射交联工艺对共混效果的促进作用。重点分析了NR/EPDM共混胶中生胶并用比和辐射交联等因素对老化前后并用胶力学性能的影响规律。热空气老化前,随着EPDM占比的增大,热交联样品的初始拉伸强度和伸长率曲线呈先降低后上升趋势,而辐射交联样品初始拉伸强度和伸长率呈线性下降趋势,说明辐照处理改善了EPDM/NR并用胶初始力学性能,辐射交联提高了NR和EPDM分子之间交联结构的完善性。热空气老化后,辐射交联样品的性能下降幅度小于热交联的样品,说明在热交联基础上,引入辐射技术可以提升辐射交联样品热老化后的伸长率保持率,尤其是在NR占比较大的情况下,辐射样品性能下降幅度能减小约50%。由此说明,利用辐射交联技术制备天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶具有比传统热硫化交联具有更好的耐热空气老化性能。

充油电缆终端用PIB与SR/EP的相容性研究

高压充油电缆终端中既有硅橡胶(SR)、三元乙丙橡胶(EP)和绝缘自粘带等固体介质,也有二甲基硅油或聚异丁烯(PIB)等液体介质,液固介质的相容性直接关系到高压充油电缆终端的绝缘性能的稳定性以及工作的可靠性。文中首先在120℃下开展了168 h的PIB与SR和EP的相容性试验,接着测量了液固介质的理化性能与电气性能指标,根据不同老化时间下液固介质,以及相同老化时间下不同液固介质组合之间理化和电气性能的变化特征,并结合电介质性能指标的物理含义,综合比较后得到PIB和SR的相容性优于PIB与EP的相容性。为明确PIB与SR和EP的相容性机理,文中进一步采用Materials Studio软件,构建了液固介质的分子模型及界面结构,利用分子动力学获得了不同温度下PIB-SR界面和PIB-EP界面的焓值;计算表明,在温度由363 K升高到393 K时,PIB-EP界面的焓变小于0,有溶解趋势,而PIB-SR界面的焓变值大于0,因此,PIB-SR界面较PIB-EP界面更具稳定性。文中结论可为高压充油电缆中液固介质的选择提供理论依据。

EPDM-g-LSBR的制备及其增容EPDM/SBR并用橡胶的性能研究

采用熔融密炼接枝工艺,以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,低分子量液体丁苯橡胶(LSBR)为接枝物,制备了接枝聚合物EPDM-g-LSBR,研究了制备条件对接枝聚合物红外光谱和热失重行为的影响;将EPDM-g-LSBR作为相容剂用于EPDM/SBR的增容性共混,并与常用的商业化嵌段聚合物乙烯-乙酸乙烯酯(EVM)和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)的增容效果进行了对比,研究了其用量对并用胶硫化特性和硫化胶力学性能的影响。结果表明,LSBR接枝到EPDM分子主链上,接枝量的变化未对产物的热降解温度造成显著影响;接枝物EPDM-g-LSBR增容后EPDM/SBR并用胶力学性能有明显改善,添加8份时,材料的拉伸强度和断裂伸长率比未添加相容剂的体系提高了24.3%和15%,邵A硬度由未添加的75.4降低到72.6。通过对混炼胶的断面进行扫描电镜分析发现EPDM-g-LSBR的加入使EPDM在SBR中的海岛分散结构消失,增加了两相的相容性。

碳纤维/六方氮化硼/三元乙丙橡胶复合材料导热性能及其数值模拟

5G通讯、消费电子和新能源汽车领域的快速发展对导热材料的需求日益增长,高性能导热复合材料逐渐成为研究热点。由于导热硅胶垫片存在小分子硅油渗出和高温挥发的缺点,不适合用于高洁净度要求的应用场景。文中采用液体三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,以碳纤维(CF)和六方氮化硼(h-BN)为导热填料,制备了不渗油且无VOC排放的柔性导热复合材料,并采用有限元仿真模拟了不同体积比和体积分数的混合填料填充复合材料的导热行为,预测了复合材料的导热系数,并将导热系数的模拟值与实测值进行对比,二者误差在10%以内,吻合度较高。该研究为混合填料填充柔性导热复合材料的导热性能模拟和预测提供了新途径。

芳纶纤维对EPDM基阻燃材料性能的影响

选用三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,考察芳纶纤维(AF)用量以及磷酸、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性芳纶纤维(AF-P-Si)对EPDM基复合材料性能的影响。结果表明,当AF用量为1~5份(质量份,下同)时,EPDM混炼胶焦烧时间变化不大;超过3份时,硫化程度增加。随着AF用量增加,硫化胶的拉伸强度、拉断伸长率降低,硬度、撕裂强度、耐磨性和热氧老化性能逐渐提高,尤其3份和5份AF补强的EPDM硫化胶的100%定伸应力明显提高。改性后AF-P-Si的添加有利于提高硬度、拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度。锥型量热仪数据表明,3份和5份AF添加的EPDM硫化胶表现出较高的火灾行为指数(FPI),而AF-P-Si则表现出更佳的阻燃效果。

生物质碳源对EPDM阻燃性能和粘接性能的影响

为了改善三元乙丙橡胶(EPDM)的阻燃性能和粘接性能,本文以EPDM为基体材料,添加适量的聚磷酸铵和三聚氰胺,并以葡萄糖、糊精、环糊精和淀粉等天然产物为碳源,制备了阻燃型EPDM粘接剂。考察了各种生物质碳源用量对复合材料力学性能、阻燃性能和粘接性能的影响。研究结果表明:(1)葡萄糖、糊精、环糊精和淀粉作为碳源,与聚磷酸铵、三聚氰胺复合,都可以明显改善EPDM的成碳效果。若要进一步提高阻燃性能,需要添加膨胀效果显著的物质。(2)葡萄糖、糊精、环糊精和淀粉都富含羟基,极性较大,可以明显改善EPDM的粘接性能;但与EPDM的相容性差,导致橡胶本体的拉伸强度明显降低。若要进一步提高粘接性,寻找合适的增容剂是主要突破口。(3)固定聚磷酸铵为25份,通过氧指数、拉伸性能和粘接性能的比较,环糊精的综合性能最好,最佳用量为25份左右;糊精次之,最佳用量为35份左右;葡萄糖和淀粉的最佳用量为15份左右。但是葡萄糖的熔点太低,硫化温度较高,不适合作为阻燃碳源。而糊精、环糊精和淀粉都有比较好的应用前景。

三元乙丙橡胶密封垫长期防水性能预测研究

为对盾构隧道密封垫长期防水性能进行预测,通过总结以往的密封垫性能预测方法与老化试验方法及成果,参考以往研究将老化试验温度控制在90℃以内、老化时长控制在168 h以内,开展哑铃Ⅰ型三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)热氧老化试验,分析EPDM试件拉断伸长率、拉伸强度和拉断永久变形率的变化规律,给出化学层面的解析,并与以往EPDM密封垫老化试验结果进行对比。根据试验结果认为:EPDM拉断伸长率和拉断永久变形率的衰减是EPDM密封垫防水能力下降的原因之一,EPDM拉伸强度对EPDM密封垫防水能力影响较小,采用EPDM单个拉伸性能指标老化规律预测密封垫长期防水能力不可靠。最后,基于阿伦尼乌斯方程的动力学曲线直化法,预测EPDM拉断伸长率100年后的老化系数约为37%。

炭黑的微观结构及其在三元乙丙橡胶中的应用性能

对三种不同工艺方法制备的同一牌号炭黑(N550)进行了微观结构和宏观物理机械性能进行研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等检测方式,分析三种炭黑聚集体在结构和粒径分布等微观结构上的区别。对比了三种炭黑的微观结构及应用过程中分散状态的差异,并且探究了其在三元乙丙橡胶(EPDM)中物理机械性能和制品加工性能的差别。结果表明,炭黑粒径小,原生粒子之间黏连程度低,炭黑的分散性、补强效果更优,胶料的流动性好,在加工过程中能耗低。

基于改进加速模型的三元乙丙橡胶贮存寿命预测

通过恒定应力加速老化试验方法对三元乙丙橡胶进行四个不同应力量级的高温加速贮存试验,预测三元乙丙橡胶的贮存寿命。三元乙丙橡胶在80 ℃、90 ℃、100 ℃、110 ℃四种应力量级高温加速贮存试验后出现性能退化。高温加速贮存试验的应力量级越高,三元乙丙橡胶性能退化越快。采用改进的Arrhenius模型对三元乙丙橡胶老化模型进行拟合,得到常温贮存条件(20 ℃)下三元乙丙橡胶贮存寿命为18年。

电压稳定剂对电缆附件三元乙丙橡胶本体与绝缘界面耐电性能影响

三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)增强绝缘作为高压电缆附件中的关键部件,其电树枝化和绝缘界面沿面放电问题严重。为改善EPDM本体和绝缘界面的耐电性能,采用4种电压稳定剂对EPDM进行改性,系统地研究电压稳定剂对EPDM交流耐电树枝性能和交、直流击穿强度的影响,探究电压稳定剂的抗迁出性以及电压稳定剂对压力下EPDM直流击穿强度和沿面击穿电压的影响。结果表明,4种电压稳定剂均能提高EPDM的交流电树枝起始电压,并抑制电树枝生长;电压稳定剂对EPDM交流击穿强度改善的作用有限,但均能提高EPDM的直流击穿强度;该文所选电压稳定剂能参与交联反应并接枝在EPDM大分子上,因此具有良好的抗迁出性;随着外施压力的增大,EPDM直流击穿强度先增大、后减小,且高压力下电压稳定剂作用效果有所削弱。沿面击穿实验结果表明,4种电压稳定剂对于EPDM表面击穿电压有提高作用,且对EPDM-交联聚乙烯绝缘界面击穿电压的改善效果更加显著。

三元乙丙橡胶/硅藻土复合材料的制备与性能研究

用机械共混法制备了三元乙丙橡胶(EPDM)/硅藻土复合材料,研究了硅藻土用量和硅烷偶联剂KH570用量对复合材料工艺性能、力学性能、耐老化性能的影响,并对比了硅藻土、陶土和碳酸钙对EPDM的补强性。结果表明,随着硅藻土用量的增加,复合材料的焦烧时间缩短、硫化时间延长、门尼黏度增大,力学性能和耐老化性能呈下降趋势,当硅藻土用量为20份时复合材料的拉伸强度、撕裂强度和扯断伸长率较大;偶联剂用量为硅藻土的1.5%时对硅藻土的改性效果较好,经改性的硅藻土对EPDM的补强性与陶土相当、优于碳酸钙。

MPP/EG阻燃改性PP/EPDM发泡复合材料

高填充量的阻燃剂会对聚丙烯(PP)发泡材料的力学性能和泡孔结构造成影响。为制备兼具力学性能、阻燃性能和发泡效果良好的PP发泡复合材料,使用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和膨胀石墨(EG)共同作用提高PP/三元乙丙橡胶(EPDM)发泡复合材料的阻燃性能。研究发现MPP/EG总添加量为20份且MPP和EG的质量比为1∶1时,材料垂直燃烧等级达到V-0级,极限氧指数为29.9%。并且通过热重分析和锥形量热分析可知,该配比下800℃的残炭率为13.59%,且炭层非常致密,材料的热释放速率峰值降至178.00 kW/m^(2),比未阻燃改性前低了81.54%。同时利用扫描电子显微镜对阻燃改性后的试样断面进行分析,观察材料内部泡孔结构,结果发现阻燃效果最佳(MPP和EG的质量比为1∶1,总添量为20份)的试样,其泡孔平均直径为64.51μm。为减少阻燃剂对材料发泡性能的影响,进一步按照MPP和EG的质量比为1∶1的配比降低MPP/EG总添加量至15份时,泡孔平均直径下降至56.47μm,泡孔密度达到了3.917×10^(6)个/cm^(3)。而微小密集的泡孔同样能够扩大受力面积,使材料的力学性能得到提升。

基于不同算法优化的back propagation神经网络在三元乙丙橡胶混炼胶门尼黏度预测中的应用

分别采用遗传算法(GA)和粒子群算法(PSO)优化的back propagation(BP)神经网络建立了三元乙丙橡胶(EPDM)混炼胶门尼黏度的预测模型,并对预测结果的误差进行了对比分析。结果表明,两种算法优化后的BP神经网络模型的预测值与实测值均保持较高的拟合度和相关性;相比单一的BP神经网络,GA优化后BP神经网络模型的精度提高了58.9%,PSO优化后BP神经网络模型的精度提高了3.57%,说明两种算法优化后的预测模型,特别是GA优化的BP神经网络预测模型对EPDM混炼胶门尼黏度的预测精度改善明显。

EPDM对VMQ硅橡胶泡沫发泡行为及力学性能的影响

本工作采用超临界二氧化碳(scCO_(2))发泡技术制备甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)/三元乙丙橡胶(EPDM)复合发泡材料,探讨了预硫化时间、EPDM含量以及饱和温度对泡孔形貌的影响。力学性能测试结果表明硅橡胶泡孔结构和EPDM含量对复合材料力学性能有较大影响。当预硫化时间为8 min时,其交联密度为2.7×10^(-5)mol·cm^(-3),可得到较好发泡性能和较宽发泡窗口。在60℃饱和温度、10 MPa饱和压力下发泡的VMQ-0.5EPDM(每100份硅橡胶中加入0.5份EPDM)密度可以达到0.2 g/cm^(3)(发泡倍率为5.7倍);同时,参考VMQ-0EPDM,VMQ-0.5EPDM的比压缩强度从1.88 MPa·cm^(3)/g增加到2.51 MPa·cm^(3)/g,提升33%。

±320 kV直流电缆交联聚乙烯/三元乙丙橡胶附件击穿特性

高压直流电缆接头与终端为电缆系统故障的多发点,其击穿强度为直流输电系统安全稳定运行的重要基础。文中以±320 kV高压直流海底电缆中交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)/三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)附件为研究对象。首先,研究电缆及附件负荷循环耐压试验,发现附件界面为击穿薄弱环节;其次,研究绝缘材料电导率随温度变化特性对电场分布的影响规律,通过有限元仿真模拟电缆空载和满载运行时附件的温度分布与电场分布,发现最大电场出现在电缆绝缘靠近附件应力锥一侧,为29.5 kV/mm,低于附件材料的击穿场强;最后,研究界面在直流电场下空间电荷特性对电场分布规律的影响,通过电声脉冲法测试复合叠层片状样品介质界面的空间电荷及其电场分布,发现场强畸变率约为100%~200%。同材料本征绝缘匹配相比,界面空间电荷积聚对附件内部电场造成的畸变程度更严重,在后续附件提升中应更注重开发抑制空间电荷的绝缘材料。

微孔橡胶的力学性能及超弹性本构模型

基于微孔橡胶材料的单轴拉伸与压缩实验,运用超弹性本构模型拟合实验数据,采用精度评价方法对拟合效果进行评估,分析了适用于微孔橡胶材料的本构模型对应变区间的影响程度,并用拟合本构参数对微孔橡胶垫静刚度进行有限元模型的有效性验证。结果表明,材料在实验中存在较强的Mullins效应,5参数本构模型中Mooney-Rivlin5拟合效果较好,有限元模型对静刚度预测值与试验值的相对误差为9.85%。

三元乙丙橡胶/二元乙丙橡胶共混胶的硫化动力学及性能

采用Isayev模型和Piloyan模型拟合得到不同三元乙丙橡胶(EPDM)与二元乙丙橡胶(EPR)质量比的EPDM/EPR共混胶硫化动力学参数和反应活化能,考察了EPDM与EPR质量比对共混胶硫化特性、物理机械性能及耐老化性能的影响。结果表明,Isayev模型和Piloyan模型可以较好地描述EPDM/EPR共混胶的硫化反应过程,但Piloyan模型无法描述共混胶的焦烧期反应;随着EPR用量的增加,共混胶硫化反应活化能升高,硫化速率减慢;硫化胶物理机械性能下降,耐老化性能提高。

乙烯-丙烯酸甲酯共聚物与EPDM协同增韧PLA

以三元乙丙橡胶(EPDM)与乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)作为聚乳酸(PLA)的增韧剂,通过熔融共混法制备了PLA、EPDM和EMA的三元共混物,并通过万能拉伸试验机、简支梁冲击试验机、扫描电子显微镜(SEM)和偏光显微镜(POM)对共混物的力学性能、微观形貌和结晶行为进行表征。结果表明:在EPDM质量分数为4%与EMA质量分数为6%时,PLA/EPDM/EMA共混物的断裂伸长率是纯PLA的357%,冲击强度是纯PLA的239%,表明EPDM和EMA能够协同增韧PLA;EMA的加入,使得EPDM分散相尺寸减小,且提高了基体与EPDM分散相的界面相容性;EPDM对PLA具有诱导结晶的作用,而EMA会阻碍PLA/EPDM共混物的结晶行为。

高密度聚乙烯对三元乙丙橡胶力学性能和耐油性能的影响

研究了高密度聚乙烯对三元乙丙橡胶力学性能和耐油性能的影响。结果表明,添加高密度聚乙烯后,三元乙丙硫化胶的硬度、拉伸强度、100%定伸应力和体积电阻率均逐渐增大,但其回弹性和压缩永久变形性能变差;当测试温度为23℃时,高密度聚乙烯可改善硫化胶的耐油性能;当测试温度为100℃时,添加高密度聚乙烯会导致硫化胶的耐油性能变差。

PP/改性高岭土复合材料的制备及性能

采用液态三元乙丙橡胶(LEPDM)对高岭土进行表面改性,然后与聚丙烯(PP)熔融共混,制得了PP/改性高岭土复合材料,采用氧指数测定仪、熔体流动速率仪(MFR)和扫描电子显微镜(SEM)等对比分析了高岭土和改性高岭土对PP力学性能、加工性能、阻燃性能和微观形貌的影响。结果表明:高岭土及改性高岭土均会改善PP的力学性能、加工性能和阻燃性能。当填料含量相同时,PP/改性高岭土复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和加工性能均优于PP/高岭土复合材料,PP/高岭土复合材料的阻燃性能和弹性模量均优于PP/改性高岭土复合材料。当改性高岭土质量分数为10%时,PP/改性高岭土复合材料的缺口冲击强度和MFR均达到最大,分别为12.63 kJ/m^(2)和1.75 g/10 min。