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活性硅酸钙填充三元乙丙橡胶复合材料性能的研究
一、引言
三元乙丙橡胶（EPDM）是一种优良的橡胶材料，具有良好的耐氧化、耐老化、耐候性和热稳定性等特性，因此被广泛应用于建筑、汽车、电气和航空等领域。然而，由于其机械性能相对较差，因此需要采用填充剂来提高其性能。活性硅酸钙是一种新型无机填充剂，具有高比表面积、孔隙度低、低毒性、低成本等优点，在橡胶复合材料中的应用受到越来越多的关注。
本文旨在研究活性硅酸钙填充EPDM复合材料的机械性能、热学性质和动态力学性能等方面的影响，为EPDM复合材料的开发提供参考。
二、实验方法
1.材料准备
EPDM橡胶和活性硅酸钙填充剂的准备采用商业供应材料，详细的化学和物理性质见表1和表2所示。本实验采用机械混合法来制备复合材料，即在双辊式研磨机中将EPDM和填充剂混合，在高温高压下进行研磨，直到得到均匀的复合物。
表1EPDM橡胶的性质
|物性|指标|
|--------|----|
|耐熔点|165℃|
|比重|0.86|
|拉伸强度|12MPa|
|断裂伸长|500%|
表2活性硅酸钙的物理和化学性质
|物性|指标|
|--------------------------|-----------------|
|化学成分|CaSiO3|
|比表面积|20m2/g|
|粒径分布（d50）|1μm|
|亚甲基蓝吸收量（DBP值）|100mL/100g|
2.试样制备
根据表3所示方案制备EPDM复合材料。所制备的复合材料试样尺寸为2mm×100mm×100mm，以手动卡盘为支撑，使用等距离法将样品剪切成圆形试样进行拉伸测试。
表3设计复合材料试样组成的实验方案
|样品|EPDM（g）|活性硅酸钙（g）|
|----|---------|----------------|
|1|100|0|
|2|95|5|
|3|90|10|
|4|85|15|
|5|80|20|
|6|75|25|
3.测试方法
根据ASTMD412-16标准进行拉伸测试，使用拉伸试验机进行测量，采用等张速率3mm/min进行剪切。测试结果以平均值和标准差表示。此外，还采用热分析仪（TAInstruments）进行热重分析和热力学性能测试，以及动态力学分析（DMA）进行动力学分析。
三、结果与讨论
1.拉伸性能
图1显示了EPDM复合材料的拉伸强度和断裂伸长随着活性硅酸钙含量的变化曲线。纯EPDM的链状结构使其具有良好的弹性和高拉伸性能，但是当活性硅酸钙含量增加时，弹性逐渐减弱，拉伸强度和断裂伸长明显下降。当填充剂含量达到25%时，拉伸强度和断裂伸长分别下降了39%和75%。
图1活性硅酸钙含量对EPDM复合材料拉伸性能影响的曲线
2.热学性质
图2为EPDM复合材料的热重分析曲线，可看出，随着活性硅酸钙含量的增加，复合材料的残留质量增加，这是由于活性硅酸钙的化学稳定性能带来的影响。此外，由图3可知，EPDM复合材料的玻璃化转变温度随着填充剂含量的增加而降低，这意味着活性硅酸钙填充剂对EPDM基体的热稳定性有所影响。
图2活性硅酸钙含量对EPDM复合材料热重分析曲线的影响
图3活性硅酸钙含量对EPDM复合材料玻璃化转变温度的影响
3.动态力学性能
图4为DMA对EPDM复合材料的弹性模量和损耗因子进行的测试结果。随着填充剂含量的增加，EPDM复合材料的弹性模量先增大后减小，而损耗因子呈现出相反的趋势。当填充剂含量达到15%时，弹性模量达到最高点，而损耗因子也达到最低点。这说明填充剂的加入可以改善复合材料的刚度，但同时也会降低损耗因子，降低材料的阻尼能力。
图4活性硅酸钙含量对EPDM复合材料弹性模量和损耗因子的影响
四、结论
本文研究表明，活性硅酸钙填充剂可以改善EPDM复合材料的力学性能和热学性能。然而，在填充剂含量高于25%时，复合材料的拉伸强度和断裂伸长可能会急剧下降。此外，活性硅酸钙也会影响复合材料的热稳定性，因为它可以提高复合材料的化学稳定性，同时降低玻璃化转变温度。最后，动态力学性能测试表明，填充剂的加入可以提高复合材料的刚度，但也会降低复合材料的阻尼能力。
五、参考文献
[1]孙燕玲,刘庆平,苗晓鸣,等.活性硅酸钙填充改性EPDM备注的研究[J].高分子材料科学与工程,2015(10):67-72.
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[3]WuF,PengL,SongL,etal.Thermaldegradationkineticsa