EPDM橡胶材料的高低温老化失效

邹微波 唐道平 吴春宇510640） （广汽埃安新能源汽车有限公司，广州

EPDM EPDM

摘要：为了考察 的耐温性能，对 进行温度老化试验，同时对其老化前后的材料性能和断口形貌进行分析。结果表明：在高温和高低温循环老化条件下，EPDM材料的拉伸强度随着老化时间的增加而下降，温度越高下降越快；拉伸断裂由韧性断裂转变为脆性断裂。EPDM在低温老化条件下拉伸性能变化不EPDM明显。热重分析表明 在高温和高低温老化条件下发生了材料氧化，导致化学键断裂，而低温老化对

EPDM分子结构影响较小。关键词：EPDM 橡胶 高低温老化 氧化中图分类号：U465.4 文献标识码：A 10.19710/J.cnki.1003-8817.20220085 DOI: High & Low Temperature Aging Failure of EPDM Rubber

Zou Weibo, Tang Daoping, Wu Chunyu

（GAC Aion New Energy Automobile Co., Ltd., Guangzhou 510640）

Abstract：in order to investigate the temperature resistance of EPDM, the samples were exposed to high- low temperature aging test. Material property and fracture morphologies were analyzed before and after the aging test. The results show that tensile strength of EPDM decreases with time under high and low temperature aging conditions, the higher the temperature, the faster the tensile strength decreases. The fracture mode changes from tensile fracture into brittle fracture. The change of tensile strength is not obvious under low temperature aging. The thermogravimetric analysis indicates that EPDM is oxidated and chemical bond is broken under high and low temperature aging, whereas the effect of low temperature aging on the molecule structure is slight. Key words: EPDM, Rubber, High-low temperature aging, Oxidation 1 前言高分子材料的老化问题一直倍受关注，特别

是橡胶制品。橡胶的老化，主要是指橡胶制品在

贮存或使用过程中，由于受到热、氧、光、臭氧、化

学介质等外界的影响，使其发生物理和化学变化，

使橡胶性能变劣而逐渐失去使用价值的现象。

三元乙丙橡胶（ EPDM ）作为一种弹性好、耐磨、耐热、耐气候等性能优良的橡胶，广泛应用于要求耐老化、耐水、耐腐蚀、电器绝缘等领域。虽然度下长期使用时，仍会发生一定程度的老化。本EPDM性能优良，但其在实际使用过程中较高温文选取高温、低温及高低温循环3种老化条件对

EPDM进行温度老化，采用热重分析法对老化前后

EPDM的热分解温度进行测试分析；同时通过对老化不同时间后的EPDM拉伸性能进行测试，得到EPDM拉伸性能随老化时间的变化规律曲线，通过微观断面分析揭示拉伸性能的老化作用机理。

作者简介：邹微波（1986—），男，工程师，硕士学位，主要从事材料研究及其在汽车领域应用开发。

参考文献引用格式：

邹微波，唐道平，吴春宇. EPDM橡胶材料的高低温老化失效[J].汽车工艺与材料, 2022（9）: 55-58.

ZOU W B, TANG D P, WU C Y. High & Low Temperature Aging Failure of EPDM Rubber [J]. Automobile Technology & Material, 2022(9): 55-58.

2 试验材料与方法

2.1 主要设备与仪器

热空气老化试验箱：401B

，江苏江都试验机

MH-PTH-2000DKH

厂；高低温湿热试验箱： ，深圳铭宇仪器设备有限公司；万能材料拉力试验

机：MTS C44.304E

，美特斯工业系统（中国）有限

EVO18

公司；扫描电子显微镜： ，德国蔡司公司；

TGA/DSC3 + -

同步热分析仪： ，梅特勒 托利多公司。

2.2 老化试验方案

75 mm×热空气老化试验[1] ：将哑铃型试样（

4 mm×2 mm）自由悬挂于热空气老化箱中，温度设70℃ 90℃ 110 ℃，高温老化10 天、20

置为 、 和 天、

30 40天后取出，在标准试验温度（23±1）℃静

天和

24h

置 ，进行老化前后的性能测试。

[2]：将试样置于-30 ℃低温老化

低温老化试验

4天、8天、12天、16 20

箱中，低温老化 天和 天后取23 ± 1 ）℃ 24h

出，在标准试验温度（ 静置 ，进行老化前后的性能测试。

110 ℃高温老

[3]：试样在

高低温循环老化试验

4天后立即放入-30 ℃的低温老化箱

化箱内老化

中老化相同时间，8 1 8

天完成 个循环；试样经 天、

16天、24天、32 40

天和 天高低温循环老化后取出，

在标准试验温度（23 ±1）℃静置24h

，进行老化前后的性能测试。

2.3 分析测试

GB/T 531.1—2008《硫化橡胶

老化前后硬度按

1

或热塑性橡胶压入硬度试验方法第 部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》[4]标准进行测试；力学性能

GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶

按 拉伸应力应变性能的测定》[5]标准进行测试，拉伸速度

500 mm/min。试样在拉力机上拉断后，经过表

为

ZEISS EVO18

面喷金处理后，使用 扫描电镜分析试样的拉伸断口形貌[6]。对未老化和经过老化试

EPDM

验后的 样品进行热重分析，温度程序按照

GB/T 14837.3—2018《橡胶和橡胶制品

标准 热重

3

分析法测定硫化胶和未硫化胶的成分 第 部分：抽提后的烃橡胶、卤化橡胶、聚硅氧烷类橡胶》[7]中的规定。3 结果与分析

3.1 热空气老化对EPDM性能的影响

1 EPDM

图 给出了热空气老化中 硬度随时间

N-70、N-90、N-110 70℃、

的变化，其中 分别代表

90℃ 110 ℃条件下的硬度结果。在70℃

和 的热空

气环境下，EPDM

的硬度在观测时间内基本无变

90℃时的变化幅度也很小（＜10%）。热空气

化，

110 ℃时，EPDM A

温度为 的邵氏硬度 （压座与试

3s

样紧密接触 后读数）变化非常剧烈。从试验开20始到第 天，随老化时间的增加，硬度值急剧下降，EPDM迅速硬化，直至完全失去弹性，导致失

EPDM

效。这主要是由于 在热空气老化过程中，氧同橡胶分子发生自由基反应，随着老化时间增加，自由基反应进行的程度高，老化程度越高；温度越高，自由基反应进行得越快，老化进程越快[8]。2 EPDM

图 给出了热空气老化试验中 的拉伸

70℃ 90℃ 110℃3

性能与老化时间的关系。在 、 和

3

种温度条件下的拉伸强度表现出 种不同变化趋

70℃ 90℃试

势：在 时拉伸强度没有明显变化；在验开始时，拉伸强度随老化时间缓慢下降，当试验

20 110 ℃时

时间达到 天后，下降速率明显加快；在

20

拉伸强度出现快速下降趋势，试验 天时拉伸强

60%。

度即下降到初始强度的

3.2 高低温循环老化对EPDM拉伸性能的影响

3 110 ℃热空气老化、-30 ℃低温老

图 给出了

EPDM

化以及高低温老化试验中 的拉伸性能与老

110 ℃热空气老化条

化时间的关系。由图可知，在

EPDM

件下 的拉伸性能出现明显劣化现象，拉伸强度呈直线下降趋势。经过高低温循环过程作用

20

后，拉伸强度同样出现下降趋势。老化 天时，热

EPDM

空气老化后 的拉伸强度下降到原始强度的

60%左右，而经过循环周期为8

天的高低温循环老化

80%，基本与热空

后，其拉伸强度下降到原始强度的

12

气老化 天时拉伸强度变化程度相当。可见，与单一热空气老化相比，低温循环的引入总体上降低了

EPDM的老化速度。当温度较高时，EPDM

的热氧

EPDM

老化进程较快；而在低温状态下，低温对 拉伸性能的老化贡献很小，热氧老化速率慢，甚至为

EPDM

零。这主要是因为 热氧老化过程中所发生的自由基连锁反应需要在一定温度下才能够发生，且温度越低，反应进行得越慢，低至一定温度后，反应几乎处于停止状态。因此，在高低温循环老化过程中，低温循环的引入延缓了自由基连锁反应的进

EPDM

行，从而降低了 的老化速率。

3.3 EPDM断口形貌分析

110 ℃热空气老化、-30 ℃

使用扫描电镜对经过

EPDM

低温老化及高低温老化前后 试样进行了断口

4 EPDM

形貌观察，图 为 老化前后的断口形貌。

EPDM

通过老化前后断口形貌的观察，得出 橡胶在老化前后的断裂机制发生改变：老化前断口形

4a

貌不平整，有很多撕裂面，为韧性断裂，如图 所示，说明样品的强度比较高。低温老化的影响不

4b

大，断口还是以撕裂为主的韧性断裂，如图 所示；

110 ℃热空气老化和高低温老化后断口处的撕裂

而面明显减少，甚至观察不到撕裂面，断口变得较为

4c 4d

平整，个别地方有片层结构，如图 和图 所示，这

是因为老化后试样硬度升高，EPDM

材料发生脆断。

EPDM热重分析

EPDM

为了研究温度老化对 热稳定性的影响，

EPDM

采用热重分析法对老化前后的 样品进行了

24 5

分析（老化时间 天），结果如图 所示。未老化

EPDM 450 ℃，

和低温老化 的初始热分解温度约为经过高低温循环老化后初始热分解温度下降至约

330 ℃ 110 ℃ EPDM

；但是在 热空气老化后， 在

120 ℃时便开始缓慢分解，说明EPDM

在热空气老化和高低温老化过程中材料发生氧化，分子间发

生断裂。EPDM

在低温老化后初始热分解温度几

EPDM

乎没发生变化，说明 在低温老化环境中的氧

EPDM

化程度很小，低温老化对 分子结构影响比较

小[7]，这与拉伸强度测试结果是一致的。

4 结论

EPDM a. 橡胶的拉伸强度随着老化时间的增

加而下降，温度越高则下降越快； b.在高温和高低温循环老化条件下，材料发生

氧化等导致材料力学性能下降，低温老化力学性能变化不明显； C.通过老化前后断口形貌的观察，EPDM

材料在老化前后的断裂机制发生改变，由韧性断裂转变为脆性断裂；

EPDM d.通过对老化前后的 材料进行热重分EPDM

析，发现 在高温老化和高低温老化环境中发生了材料氧化，导致化学键断裂，初始热分解温度EPDM

下降，而低温老化对 分子结构影响较小。这一点与拉伸试验测试结果是一致的；

E.EPDM分子主链饱和的碳-碳键稳定结构是其具有良好耐热性的原因，只要配合适当，EPDM 70~80 ℃

的长期工作温度可达 ，短时间可耐至少110 ℃。

参考文献：

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热塑性橡胶

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环境试验第 部分：试验方法试验

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热塑性橡胶

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[7] 全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会.橡胶和橡胶3

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