三元乙丙橡塑：工业新宠的多面特质

在当今工业领域，三元乙丙橡塑（EPDM）凭借其独特性能，逐渐成为众多行业的热门选择。以下是对该材料的详细解读。

一、化学结构与合成工艺

1. 组成与单体选择

三元乙丙橡塑主要由乙烯、丙烯和非共轭二烯烃构成。乙烯含量在 45 - 75% 之间，丙烯占 25 - 55%，第三单体含量为 1 - 10%。常见的第三单体有亚乙基降冰片烯（ENB）、双环戊二烯（DCPD）、1,4 - 己二烯（HD）。其中，ENB 型硫化活性高，交联密度大，占据全球 EPDM 产量的绝大部分；DCPD 型则因成本低，硫化速度稍慢；HD 型耐热性突出，适合高温硫化体系。其分子结构式为 -(CH_2CH_2)_x-(CH_2CH(CH_3))_y-(Diene)_z。

2. 生产工艺

溶液聚合法和气相聚合是主流生产工艺。溶液聚合法以己烷或环己烷为反应介质，采用 Ziegler - Natta（钒系或钛系）催化剂，在 30 - 60℃、0.5 - 2 MPa 条件下进行，优势在于分子量分布窄，第三单体分布均匀。气相聚合法无溶剂，使用茂金属催化剂（单活性中心），在 50 - 80℃、1 - 3 MPa 下开展，能耗低且环保性强。生产流程依次为原料精制（乙烯、丙烯纯度＞99.9%，二烯烃需去除阻聚剂）、聚合反应（催化剂连续注入，反应时间 1 - 3 小时）、单体回收（闪蒸分离未反应单体，回收率＞95%）、后处理（水洗脱灰分、挤压脱水、流化床干燥）。全球主要生产商包括陶氏化学（美国）、朗盛（德国）、JSR（日本）及中石化（中国）。

 

二、分类与牌号体系

1. 按乙烯含量

高乙烯型（60 - 75%）具有高刚性，耐压缩变形，用于汽车密封条、工业胶辊等；中乙烯型（45 - 60%）平衡机械性能与低温柔性，适用于屋顶防水卷材、电缆护套；低乙烯型（40 - 45%）高弹性，低温性能良好，可作冷冻设备密封件。

2. 按第三单体类型

ENB 型门尼粘度 ML(1+4) 125℃40 - 80，硫化速度指数（t90）3 - 10 分钟；DCPD 型门尼粘度 ML(1+4) 125℃30 - 60，t90 10 - 20 分钟；HD 型耐热性可达 150℃，优于 ENB 型的 130℃。

3. 按门尼粘度

20 - 40 的胶料易流动，适用于注射成型、挤出等复杂模压工艺；40 - 60 的通用型胶料，可满足模压硫化、压延等需求；60 - 100 的高粘度胶料需强力混炼设备，常用于高填充配方、高强度制品。

 

三、物理性能表现

1. 硬度

测试标准为 ASTM D2240（邵氏 A），未填充胶料硬度 30 - 50 Shore A，炭黑补强后可达 40 - 90 Shore A。每增加 20 phr N550 炭黑，硬度提升约 10 度；每增加 10 phr 增塑剂（石蜡油），硬度下降 3 - 5 度。

2. 门尼粘度

在 ML(1+4) 125℃条件下，生胶门尼粘度 30 - 100，高乙烯牌号＞70。高门尼胶料混炼时间需延长或添加流动助剂。

3. 密度

纯胶密度 0.86 - 0.87 g/cm³，填充 50 phr 炭黑后密度可达 1.10 - 1.30 g/cm³，低于天然橡胶和丁腈橡胶。

4. 耐老化性

热氧老化测试（150℃×168h）后拉伸强度保持率＞80%，需添加防老剂；臭氧老化测试（50pphm 臭氧浓度下 500 小时）无裂纹，性能优于天然橡胶。

5. 弹性

硫化胶回弹率 50 - 70%，动态性能损耗因子（tanδ）0.05 - 0.15，适合低生热部件。

6. 耐低温性

低乙烯牌号脆化温度 - 60℃，高乙烯牌号脆化温度 - 40℃，TR70 值表明 - 50℃下仍保持 70% 弹性模量。

7. 应力松弛

100% 定伸应力下，1000 小时后保留率＞60%，添加纳米二氧化硅可提升至 75%。

8. 压缩永久变形

按 ASTM D395 B 法（125℃×22h）测试，过氧化物硫化体系＜20%，硫磺体系 25 - 35%。

9. 其他性能

电绝缘性好，体积电阻率＞1×10¹⁵ Ω・cm，适用于 10 kV 电缆；耐水蒸气性佳，100℃水中浸泡 28 天，体积变化＜3%；耐疲劳性强，动态屈挠寿命＞500 万次。

 

四、化学性能亮点

1. 耐溶剂性

对醇类、酮类极性溶剂耐受性好，丙酮中溶胀率＜10%；在矿物油等非极性溶剂中溶胀率 30 - 50%，可与 CR 共混改善性能；耐 10% HCl 或 NaOH 溶液，体积变化＜5%。

2. 耐化学介质

热水（100℃）耐性优，体积变化率＜3%；刹车油（DOT3）耐性良，体积变化率 15 - 25%；浓硫酸（50%）耐性差，体积变化率＞100%。

 

五、混炼与硫化工艺要点

1. 混炼工艺

建议使用密炼机，填充系数 0.65 - 0.75。加料顺序依次为生胶塑炼（100 - 120℃×2min）、氧化锌 / 硬脂酸、炭黑 / 填料、增塑剂（石蜡油）、硫化剂（过氧化物或硫磺）。温度控制方面，硫磺体系排胶温度≤130℃，过氧化物体系排胶温度≤110℃。

2. 硫化体系

硫磺硫化配方为 S 1.5 phr + TMTD 1.2 phr，特点高伸长率且成本低；过氧化物硫化配方 DCP 4 phr + TAIC 2 phr，耐热性好，压缩变形小；树脂硫化配方 SP - 1045 8 phr + SnCl₂ 1 phr，可实现超低压缩变形（＜10%）。

3. 硫化条件

平板硫化时，硫磺体系 160℃×15 - 30 分钟，过氧化物体系 170℃×5 - 10 分钟；连续硫化可选择盐浴硫化（230℃×2 分钟）或微波硫化（2.45 GHz×90 秒）。

4. 常见问题及对策

焦烧问题可通过控制密炼机冷却水温度＜20℃，添加 0.3 phr CTP 解决；气泡缺陷需预成型胶料 60℃预热 30 分钟，模压压力＞15 MPa；硫化不均可采用分段升温（120℃→160℃）或后硫化工艺（150℃×2h）。