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D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.12.011 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol.30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 三元乙丙橡胶的人工气候老化 赵泉林2)李晓刚2)高瑾2) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京市腐蚀，磨蚀与表面技术重点实验室，北京100083 摘要利用氙灯人工气候箱对三元乙丙橡胶(EPDM)进行人工气候老化实验，采用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显 微镜(SEM)、电子万能试验机和色度计研究了人工气候老化对EPDM化学结构、表面形貌、力学性能和颜色的影响·结果表 明：在氙灯人工气候环境中老化90d后，EPDM表面生成一层厚度约2m的氧化膜，其组成包括有C一0一C/C一OH,C三0 和0一C三0：交联密度随老化时间的变化基本呈线性增加：随老化时间的延长，试样表面粗糙度增加，有孔洞和微裂纹生成， 拉伸强度、撕裂强度和硬度增加，EPDM试样表面变红变黄，亮度增加： 关键词三元乙丙橡胶：人工气候老化；化学结构：表面形貌：力学性能 分类号TQ333.4 Artificial weathering of ethylene-propylene-diene monomer (EPDM)rubber ZHAO Quanlin2),LI Xiaogang2).GAO Jin1.2) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Beijing Key Laboratory for Corrosion,Erosion and Surface Technology.Beijing 100083.China ABSTRACT The effects of artificial weathering on the chemical structure.surface topography and mechanical properties of ethylene- propylenediene monomer (EPDM)were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).scanning electron microscope (SEM),computer"controlled testing machine and spectrophotometer.The results showed that an oxidation layer formed after 90d of exposure.XPS results confirmed the production of C-O-C/C-OH.C=O and O-C=0 groups.With prolonging exposure time,the crosslink density increased linearly.the surface of EPDM turned to redder,more yellow and lighter.Little voids and micro cracks were formed under exposure to artificial weathering environment.The tensile strength,tear strength and hardness increased with prolonging exposure time. KEY WORDS ethylene propylene-diene monomer (EPDM):artificial weathering:chemical structure:surface topography:me- chanical properties 三元乙丙橡胶(EPDM)是以乙烯(CH2一 材料实用性最适宜的方法，但自然气候中的日照量、 CH)、丙烯(CH2一CH一CH3)为主要单体，经溶液 温度、风雨等都是难以控制的气候因素，且实验周期 聚合并加入不饱和的第三单体（非共轭二烯烃）制成 长、重现性差，实验室内通常采用人工气候老化实验 的三元共聚物，属于饱和碳链橡胶，由于其分子主 来模拟自然气候老化实验，人工气候老化实验常用 链为饱和结构，具有卓越的耐候老化性、耐臭氧性、 的光源有碳弧灯、荧光紫外灯和氙弧灯三种.碳弧 耐热老化性、耐化学介质性、耐低温性、优良的电绝 灯和荧光紫外灯的光谱都不能匹配地球表面的日光 缘性以及弹性等，广泛应用于汽车工业山]、电线电 辐射；而氙灯经滤波后，其辐射类似于日光辐射，目 缆[]、密封材料[6]和耐热制品)]等方面。近年 前已成为与日光光谱中紫外辐射最为相似的光源， 来，对EPDM的物理性能研究较多]，而对其耐 本文以氙灯为光源，采用氙灯人工气候箱模拟 候性的研究很少 和强化光、热、空气、温度、湿度和降雨等因素对 高分子材料的自然气候老化实验是评价高分子 EPDM进行人工气候老化实验，采用X射线光电子 收稿日期：2007-12-06修回日期：2008-01-11 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(N。,50533060):国家自然科学基金资助项目(N。.50571013):国家科技基础条件平台建设项目 (No.2005DKA10400) 作者简介：赵泉林(1973-)，男.博士研究生：李晓刚(1963一)，男，教授，博士生导师，E-mail:ixia0gang99@263.nt三元乙丙橡胶的人工气候老化 赵泉林12） 李晓刚12） 高 瑾12） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室北京100083 摘 要 利用氙灯人工气候箱对三元乙丙橡胶（EPDM）进行人工气候老化实验采用 X 射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显 微镜（SEM）、电子万能试验机和色度计研究了人工气候老化对 EPDM 化学结构、表面形貌、力学性能和颜色的影响．结果表 明：在氙灯人工气候环境中老化90d 后EPDM 表面生成一层厚度约2μm 的氧化膜其组成包括有 C—O—C／C—OH、C O 和 O—C O；交联密度随老化时间的变化基本呈线性增加；随老化时间的延长试样表面粗糙度增加有孔洞和微裂纹生成 拉伸强度、撕裂强度和硬度增加EPDM 试样表面变红变黄亮度增加． 关键词 三元乙丙橡胶；人工气候老化；化学结构；表面形貌；力学性能 分类号 T Q333∙4 Artificial weathering of ethylene-propylene-diene monomer （EPDM） rubber ZHA O Quanlin 12）LI Xiaogang 12）GA O Jin 12） 1） School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Beijing Key Laboratory for CorrosionErosion and Surface TechnologyBeijing100083China ABSTRACT T he effects of artificial weathering on the chemical structuresurface topography and mechanical properties of ethylenepropylene-diene monomer （EPDM） were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）scanning electron microscope （SEM）computer-controlled testing machine and spectrophotometer．T he results showed that an oxidation layer formed after90d of exposure．XPS results confirmed the production of C—O—C／C—OHC O and O—C O groups．With prolonging exposure timethe crosslink density increased linearlythe surface of EPDM turned to reddermore yellow and lighter．Little voids and micro cracks were formed under exposure to artificial weathering environment．T he tensile strengthtear strength and hardness increased with prolonging exposure time． KEY WORDS ethylene-propylene-diene monomer （EPDM）；artificial weathering；chemical structure；surface topography；mechanical properties 收稿日期：2007-12-06 修回日期：2008-01-11 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（No．50533060）；国家自然科学基金资助项目（No．50571013）；国家科技基础条件平台建设项目 （No．2005DKA10400） 作者简介：赵泉林（1973—）男博士研究生；李晓刚（1963—）男教授博士生导师E-mail：lixiaogang99＠263．net 三元乙丙橡胶 （EPDM） 是以乙烯 （CH2 CH2）、丙烯（CH2 CH—CH3）为主要单体经溶液 聚合并加入不饱和的第三单体（非共轭二烯烃）制成 的三元共聚物属于饱和碳链橡胶．由于其分子主 链为饱和结构具有卓越的耐候老化性、耐臭氧性、 耐热老化性、耐化学介质性、耐低温性、优良的电绝 缘性以及弹性等广泛应用于汽车工业［1］、电线电 缆［2—5］、密封材料［6］ 和耐热制品［7—8］ 等方面．近年 来对 EPDM 的物理性能研究较多［9—13］而对其耐 候性的研究很少． 高分子材料的自然气候老化实验是评价高分子 材料实用性最适宜的方法但自然气候中的日照量、 温度、风雨等都是难以控制的气候因素且实验周期 长、重现性差实验室内通常采用人工气候老化实验 来模拟自然气候老化实验．人工气候老化实验常用 的光源有碳弧灯、荧光紫外灯和氙弧灯三种．碳弧 灯和荧光紫外灯的光谱都不能匹配地球表面的日光 辐射；而氙灯经滤波后其辐射类似于日光辐射目 前已成为与日光光谱中紫外辐射最为相似的光源． 本文以氙灯为光源采用氙灯人工气候箱模拟 和强化光、热、空气、温度、湿度和降雨等因素对 EPDM 进行人工气候老化实验采用 X 射线光电子 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．011