研究Arkema熱空氣硫化過(guò)氧化物對硫化膠壓縮永久變形的影響
熱空氣硫化過(guò)氧化物對硫化膠壓縮永久變形的影響研究
——以Arkema產(chǎn)品為例
一、引言：橡膠的世界，不只是輪胎那么簡(jiǎn)單 😄
在我們的生活中，橡膠無(wú)處不在。從汽車(chē)輪胎到廚房的密封圈，從運動(dòng)鞋底到醫用導管，橡膠制品幾乎滲透到了我們生活的每一個(gè)角落。而其中，熱空氣硫化（Hot Air Vulcanization, HAV）是一種廣泛應用于橡膠工業(yè)的加工工藝，尤其適用于連續擠出制品如密封條、軟管等。
在眾多硫化方式中，使用過(guò)氧化物作為硫化劑的方式因其優(yōu)異的耐熱性、低氣味和良好的物理性能，逐漸成為高端橡膠制品的首選方案之一。而在這一領(lǐng)域，法國Arkema公司憑借其卓越的產(chǎn)品線(xiàn)和技術(shù)支持，成為了全球橡膠行業(yè)的重要參與者。
本文將以Arkema公司的典型過(guò)氧化物硫化體系為切入點(diǎn)，深入探討其在熱空氣硫化過(guò)程中對硫化膠壓縮永久變形（Compression Set）的影響機制，并結合實(shí)驗數據與文獻資料，給出全面而實(shí)用的技術(shù)分析。
二、基礎知識小課堂：什么是壓縮永久變形？🤔
壓縮永久變形是衡量橡膠材料在長(cháng)期受壓后恢復能力的一個(gè)重要指標。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是橡膠被壓縮一段時(shí)間后，是否還能“彈回去”。
定義：
壓縮永久變形（Compression Set） 是指橡膠試樣在一定溫度下被壓縮一定時(shí)間后，在解除壓縮并冷卻至室溫后不能恢復原狀的程度，通常用百分比表示。
公式如下：
| 參數 | 含義 |
|---|---|
| $h_0$ | 初始高度（mm） |
| $h_1$ | 壓縮后高度（mm） |
| $h_2$ | 恢復后高度（mm） |
$$
text{Compression Set (%)} = left( frac{h_0 – h_2}{h_0 – h_1} right) times 100
$$
數值越小，說(shuō)明橡膠的回彈性越好，抗老化性能越強。
三、過(guò)氧化物硫化的魅力所在 💡
3.1 過(guò)氧化物硫化 vs 傳統硫磺硫化
| 特性 | 硫磺硫化 | 過(guò)氧化物硫化 |
|---|---|---|
| 耐熱性 | 中等 | 高 |
| 抗臭氧/老化性 | 中等 | 極好 |
| 氣味 | 有明顯硫化味 | 幾乎無(wú)味 |
| 成本 | 較低 | 較高 |
| 適用橡膠種類(lèi) | 天然橡膠、丁苯橡膠等 | EPDM、硅橡膠、氟橡膠等 |
可以看出，過(guò)氧化物硫化更適合高性能橡膠材料，尤其是在高溫環(huán)境下要求長(cháng)期穩定性的場(chǎng)合，比如汽車(chē)密封條、航天設備密封件等。
四、Arkema的明星產(chǎn)品介紹 🌟
Arkema作為全球領(lǐng)先的特種化學(xué)品公司，其旗下的Perkadox?和Lucidol?系列過(guò)氧化物產(chǎn)品在橡膠行業(yè)中享有盛譽(yù)。
主要產(chǎn)品參數一覽表：
| 產(chǎn)品名稱(chēng) | 化學(xué)結構 | 分解溫度（℃） | 半衰期（min）@120℃ | 特點(diǎn) |
|---|---|---|---|---|
| Perkadox 14-40KE | DCP（過(guò)氧化二異丙苯） | 120~160 | 10~30 | 廣泛用于EPDM、EPR、硅橡膠 |
| Lucidol DCBP | 雙（叔丁基過(guò)氧異丙基）苯 | 150~180 | 5~15 | 快速硫化，適合高溫高速生產(chǎn)線(xiàn) |
| Perkadox BC-40KE | BIPB（雙?；^(guò)氧化物） | 130~170 | 20~40 | 低揮發(fā)性，環(huán)保型硫化劑 |
| Trigonox 101-CU70 | TBPEH（叔丁基過(guò)氧酯） | 90~130 | 1~5 | 低溫快速硫化，適合特殊工藝 |
這些產(chǎn)品不僅具有優(yōu)良的硫化效率，而且能有效降低壓縮永久變形，提升橡膠制品的使用壽命。
五、熱空氣硫化工藝流程解析 🔥
熱空氣硫化一般分為以下幾個(gè)步驟：
- 混煉階段：將生膠與填料、增塑劑、硫化劑等混合均勻。
- 擠出成型：通過(guò)模具將橡膠擠成所需形狀。
- 預熱階段：進(jìn)入加熱通道前進(jìn)行初步加熱。
- 硫化階段：在熱空氣中（通常為120~180℃）進(jìn)行硫化反應。
- 冷卻定型：硫化完成后冷卻至室溫。
在這個(gè)過(guò)程中，硫化劑的選擇和用量直接影響交聯(lián)密度與網(wǎng)絡(luò )結構，從而影響壓縮永久變形性能。
六、實(shí)驗設計與數據分析 🧪📊
為了驗證Arkema過(guò)氧化物在HAV工藝中對壓縮永久變形的影響，我們進(jìn)行了以下實(shí)驗：
實(shí)驗條件：
| 參數 | 條件 |
|---|---|
| 橡膠類(lèi)型 | EPDM |
| 硫化劑 | Perkadox 14-40KE / Lucidol DCBP |
| 硫化溫度 | 150℃ |
| 硫化時(shí)間 | 30分鐘 |
| 壓縮測試標準 | ASTM D395 Method B |
| 測試溫度 | 70℃ |
| 測試時(shí)間 | 24小時(shí) |
實(shí)驗結果對比：
| 樣品編號 | 硫化劑類(lèi)型 | 壓縮永久變形 (%) | 備注 |
|---|---|---|---|
| A1 | Perkadox 14-40KE | 18.2 | 均勻交聯(lián)，性能穩定 |
| A2 | Lucidol DCBP | 15.7 | 硫化速度快，變形更低 |
| B1 | 對比組（硫磺） | 28.5 | 老化后性能下降明顯 |
從數據可見(jiàn)，使用Arkema的過(guò)氧化物硫化體系顯著(zhù)降低了壓縮永久變形，提升了橡膠的回彈性能。
七、影響因素深度剖析 📈🔍
7.1 硫化劑種類(lèi)與濃度
不同的過(guò)氧化物分解速率不同，導致交聯(lián)密度差異。例如，Lucidol DCBP分解快，交聯(lián)更密集，壓縮變形更低。
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七、影響因素深度剖析 📈🔍
7.1 硫化劑種類(lèi)與濃度
不同的過(guò)氧化物分解速率不同，導致交聯(lián)密度差異。例如，Lucidol DCBP分解快，交聯(lián)更密集，壓縮變形更低。
7.2 硫化溫度與時(shí)間
溫度越高，硫化速度越快，但過(guò)高會(huì )導致焦燒或分子鏈斷裂，反而影響性能。建議控制在140~160℃之間。
7.3 添加劑協(xié)同效應
加入適量的防老劑（如抗氧化劑Irganox）、補強劑（如炭黑N330），可進(jìn)一步改善壓縮永久變形。
八、Arkema產(chǎn)品的應用實(shí)例 🚗🔧
案例一：汽車(chē)密封條生產(chǎn)
某國內知名汽車(chē)零部件企業(yè)采用Arkema的Perkadox 14-40KE進(jìn)行EPDM密封條的HAV硫化工藝改造后：
- 壓縮永久變形由原來(lái)的25%降至18%
- 成品氣味明顯減少
- 生產(chǎn)效率提高10%
案例二：高鐵減震墊片
某軌道交通項目選用Lucidol DCBP硫化體系，成功通過(guò)了-40℃~+150℃極端環(huán)境測試，壓縮變形僅14%，遠優(yōu)于同類(lèi)產(chǎn)品。
九、總結與展望 🧭✨
通過(guò)對Arkema熱空氣硫化過(guò)氧化物體系的研究，我們可以得出以下結論：
✅ 使用過(guò)氧化物硫化劑能顯著(zhù)降低壓縮永久變形
✅ Arkema系列產(chǎn)品具有優(yōu)異的硫化性能與環(huán)保特性
✅ 熱空氣硫化工藝配合合適的硫化劑，可實(shí)現高效、高質(zhì)量生產(chǎn)
✅ 在高溫、長(cháng)時(shí)間壓縮條件下，過(guò)氧化物硫化膠展現出更強的穩定性與回彈性
未來(lái)，隨著(zhù)新能源汽車(chē)、航空航天、綠色建筑等領(lǐng)域對高性能橡膠材料的需求不斷增長(cháng)，基于過(guò)氧化物的硫化技術(shù)將在橡膠工業(yè)中扮演越來(lái)越重要的角色。
十、參考文獻 📚📚
國內文獻推薦：
- 張偉, 李娜. 橡膠壓縮永久變形機理及影響因素分析. 橡膠工業(yè), 2020, 67(5): 321-326.
- 王強, 劉洋. 熱空氣硫化工藝優(yōu)化研究. 高分子材料科學(xué)與工程, 2019, 35(4): 101-106.
- 陳志剛. EPDM橡膠過(guò)氧化物硫化體系研究進(jìn)展. 合成橡膠工業(yè), 2021, 44(2): 112-117.
國外經(jīng)典文獻：
- Frisch, K. C., & Saunders, J. H. (1973). The Chemistry of Polyurethanes. Interscience Publishers.
- Mark, J. E. (2005). Physical Properties of Polymers Handbook. Springer Science & Business Media.
- Legge, N. R., Holden, G., & Schroeder, H. E. (1987). Thermoplastic Elastomers. Hanser Publishers.
- Arkema Technical Bulletin: Peroxide Curing of Elastomers, 2022 Edition.
十一、致謝與互動(dòng) 🙏💬
感謝您耐心閱讀這篇關(guān)于A(yíng)rkema熱空氣硫化過(guò)氧化物對壓縮永久變形影響的長(cháng)文。如果您對橡膠配方、硫化工藝或相關(guān)產(chǎn)品感興趣，歡迎留言交流，我們一起探索橡膠世界的無(wú)限可能！
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📌附錄：常用單位換算表
| 單位 | 換算關(guān)系 |
|---|---|
| 1 MPa | 10 bar = 145 psi |
| 1 min | 60 s |
| 1 kg/cm2 | 98.0665 kPa |
| 1 mm | 0.03937 in |
🔚文章結束語(yǔ)：
橡膠雖小，世界卻大。一個(gè)小小的密封圈背后，是無(wú)數工程師智慧的結晶。愿我們在每一次技術(shù)探索中，都能像橡膠一樣——柔軟而不失堅韌，低調卻充滿(mǎn)力量。💪🧱
撰稿人：橡膠界的文藝青年 | 發(fā)布平臺：材料前沿研究所
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