EPDM - PP - HDPE動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體力學(xué)性能的研究-

1、EPDM/PP/HDPE動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體力學(xué)性能的研究蔣鵬程,曹有名,陳福林(廣東工業(yè)大學(xué)高分子化學(xué)與物理系,廣東廣州 510006摘要研究了EPDM/PP/HDPE動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體中三元乙丙橡膠(EPDM和高密度聚乙烯(HDPE對(duì)動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體的力學(xué)性能影響。結(jié)果表明:EPDM可以改變聚丙烯(PP和HDPE結(jié)晶度,有利于應(yīng)力的平均分布,使體系的硬度降低。HDPE作為第三相,可以改善PP與EPDM之問的相界面結(jié)構(gòu),增加體系的相容性。在EPDM/PP橡塑比較低時(shí)加入HDPE對(duì)體系力學(xué)性能影響更明顯。關(guān)鍵詞聚丙烯;高密度聚乙烯;三元乙丙橡膠;動(dòng)態(tài)硫化;熱塑性彈性體中圖分類號(hào)TQ 文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1007-1865(200912-0028-03Study on Mechanical Properties of Dynamically VulcanizatedEPDM/PP/HDPE TPVJiang Pengcheng, Cao Youming, Chen Fulin(Department of Chemistry and Physics of Polymer, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, ChinaAbstract: The effect of mechanical properties

3、 of dynamically vulcanizated EPDM/PP/HDPE TPV was studied caused by EPDM and HDPE. The result showed that the crystallinity of PP and HDPE was changed and the stress was advantageous in average distribution and the hardness of the TPV was lowed by EPDM. The interphase structure of EPDM and PP was im

4、proved and the compatibility was increased by HDPE as the third phase. The effect of mechanical properties of EPDM/PP TPV cuased by adding HDPE was more obvious with lower ration of EPDM and PP.Keywords: polyproplene;high density polyethlene;ethy1ene propy1ene diene monomer;dynamic vulcanization;the

5、rmoplastic elastomer熱塑性彈性體是一種兼有塑料和橡膠特性、在常溫下顯示橡膠彈性、高溫下又能塑化成型的高分子材料,因此又稱作第三代橡膠。動(dòng)態(tài)硫化是指在高溫度場(chǎng)和高剪切場(chǎng)的混合器中將橡膠和樹脂熔融共混,在交聯(lián)劑的作用下橡膠原位硫化,并細(xì)微地分散于樹脂中形成穩(wěn)定的分散體系,從而阻止橡膠粒子在熱塑性樹脂基本結(jié)晶或冷卻達(dá)到玻璃態(tài)之前以及后續(xù)加工過程中產(chǎn)生重新聚集。用動(dòng)態(tài)全硫化技術(shù)制備的熱塑性彈性體(TPV,其性能可以與傳統(tǒng)的硫化膠相媲美,并且橡塑比可以在較大的范圍內(nèi)變更,因此在性能上有更大的調(diào)節(jié)余地。又由于熱塑性彈性體應(yīng)用廣泛,加工成型方便,廢料可重復(fù)利用,生產(chǎn)效率高,耗能低以及綜合

6、性能優(yōu)良等特點(diǎn),因此國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都在進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體的研究。聚丙烯(PP具有密度小、耐化學(xué)腐蝕性、剛性優(yōu)良、較好的沖擊韌性、較高的機(jī)械強(qiáng)度和制件成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但PP韌性差、成型收縮率大、耐寒性差等缺點(diǎn),在應(yīng)用方面受到了限制。目前,對(duì)三元乙丙橡膠(EPDM與PP動(dòng)態(tài)硫化制備二元熱塑性彈性體工作相當(dāng)活躍,但當(dāng)EPDM 用量增加時(shí)。不僅會(huì)提高共混物的生產(chǎn)成本,而且會(huì)使材料拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度大大下降。目前,只有少數(shù)人研究了高密度聚乙烯(HDPE加入EPDM/PP簡(jiǎn)單共混體系的性能1-4,但是此三元體系的動(dòng)態(tài)硫化研究的人卻很少。筆者在EPDM/PP二元彈性體的基礎(chǔ)上,把動(dòng)態(tài)硫化法用于EP

7、DM/PP/HDPE熱塑性熱塑性彈性體中。研究了EPDM/PP/HDPE熱塑性彈性體的力學(xué)性能?，F(xiàn)將實(shí)驗(yàn)情況介紹如下。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 原材料PP:T30S茂名石化;EPDM(粒料:3745P美國(guó)杜邦公司;HDPE:5000S大慶石化;熱反應(yīng)性辛基酚醛樹脂(SP-1045:圣萊科化工(上海有限公司;氧化鋅(ZnO:AR汕頭西隴化工有限公司;氯化亞錫(SnCl22H2O:AR汕頭西隴化工有限公司。1.2 主要儀器與設(shè)備LX-A型Shore A型硬度計(jì),上海六中量?jī)x廠;X(SK-1608開放式煉膠機(jī),上海橡膠機(jī)械一廠;QLB-400400 平板硫化機(jī),上海橡塑機(jī)械一廠;CP-25型沖片機(jī),上?；?/p>

8、工機(jī)械四廠; ST92-70型平板硫化機(jī),廣州皮革機(jī)械廠;CH-10-A百分測(cè)厚儀,上海六菱儀器廠;塑料注射成型機(jī)(CJ80TB,震德股份有限公司;單螺桿擠出機(jī)(SJ6型,張家港市宏榮機(jī)械設(shè)備制造有限公司;微機(jī)控制電子拉力試驗(yàn)機(jī)(CMT4204,深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司。1.3 試樣制備物料和助劑按一定配比準(zhǔn)確稱量,經(jīng)高速混合機(jī)充分混合后,經(jīng)單螺桿擠出機(jī)在170200 下動(dòng)態(tài)硫化擠出,冷卻、干燥、造粒。將粒料經(jīng)注塑機(jī)在溫度170210 ,壓力80100 MPa下注塑成符合要求的拉伸標(biāo)準(zhǔn)樣條。粒料在開煉上170 下塑煉3 min注入標(biāo)準(zhǔn)試樣成型模具中,在平板硫化機(jī)上于190 保溫6 min,

9、200 下熱壓6 min,取出后再冷壓至室溫脫模、裁樣,制成符合要求的撕裂標(biāo)準(zhǔn)試樣。1.4 性能測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率按GB/T1040-92測(cè)定;邵氏硬度按GB/T2411-80測(cè)試;撕裂強(qiáng)度按GB530-81進(jìn)行試驗(yàn)。2 結(jié)果與討論2.1 EPDM與HDPE對(duì)TPV力學(xué)性能的影響收稿日期 2009-08-30作者簡(jiǎn)介 蔣鵬程(1981-,女,湖南衡陽人,在讀碩士研究生,主要研究方向?yàn)榫酆衔锘鶑?fù)合材料和聚合物改性。 邵爾A 型硬度/度EPDM 含量/phrEPDM 含量/phr撕裂強(qiáng)度/(kNm -1拉伸永久變形/%斷裂伸長(zhǎng)率/%EPDM 含量/phr(a邵爾A 硬度 (b拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)

10、度 (c斷裂伸長(zhǎng)率和永久變形圖1 EPDM 含量對(duì)EPDM/PP TPV 力學(xué)性能的影響Fig.1 Effect of EPDM content on mechanical properties of EPDM/PP TPV由圖1可看出,隨EPDM 含量的增加,EPDM/PP 二元TPV 的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉伸永久變形、撕裂強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)閯?dòng)態(tài)交聯(lián)的微小橡膠粒子分布于PP 連續(xù)相中,EPDM 粒子的加入破壞了PP 的高結(jié)晶性,材料逐步變得軟而韌。又由于EPDM 粒子作為橡膠分散相,其硬度、強(qiáng)度模量遠(yuǎn)低于PP 基體,而延伸率又大于PP 基體。在受外力作用時(shí),主要由基體承載應(yīng)力,隨橡膠相

11、含量的增加,在承載面上,有效承載面積不斷減小,從而使硬度、拉伸強(qiáng)度、拉伸永久變形、撕裂強(qiáng)度隨EPDM 含量增加而遞減。由圖1(c可知,斷裂伸長(zhǎng)率在EPDM 含量低于30 phr 時(shí)下降,高于30 phr 時(shí)則又上升。純PP 的拉伸強(qiáng)度高而伸長(zhǎng)率很小,表現(xiàn)為硬而脆的力學(xué)特征,當(dāng)EPDM 的交聯(lián)粒子分散于PP 連續(xù)相中,在低于30 phr時(shí)可能是由于兩者存在明顯的相界面,導(dǎo)致受力時(shí)內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻,應(yīng)力集中點(diǎn)多造成缺陷,因而其拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率拉伸永久變形、撕裂強(qiáng)度均隨著EPDM 含量的增加而下降1。但EPDM 的含量大于30 phr 時(shí),可逐漸由分散相轉(zhuǎn)化為連續(xù)相,由于EPDM 以微粒形式分散在

12、PP 基體中,當(dāng)共混物受到應(yīng)力作用時(shí),EPDM 微粒作為應(yīng)力集中體引發(fā)PP 基體的剪切屈服和銀紋化,促使PP 基體發(fā)生脆性-韌性轉(zhuǎn)變,從而因PP 基體本身的塑性能吸收而使共混物韌性得到提高所以體系的伸長(zhǎng)率又有上升的趨勢(shì)。通過以上分析可以得出EPDM/PP 在橡塑比70/30時(shí)TPV 綜合性能最好。 加入10 phr HDPE 后EPDM/PP 二元TPV 性能變化如圖2所示,由圖2-(c可知,在二元TPV 中加入10 phr HDPE 制成三元TPV 后,與二元TPV 相比:斷裂伸長(zhǎng)率在EPDM 含量低于30 phr 時(shí)下降,高于30 phr 時(shí)上升的情況得到了改善,這可能是HDPE 的加入改

13、善了EPDM 與PP 存在的明顯相界面,起了增容劑的作用。隨EPDM 含量的增加,EPDM/PP/HDPE 三元TPV 的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度均下降?？赡苁且?yàn)镠DPE 的模量和結(jié)晶度均比PP 小,EPDM 與PP 及HDPE 沒有很好地相容,沒有形成殼核結(jié)構(gòu),并且HDPE 的加入破壞了PP 球晶結(jié)構(gòu)的緣故2,使得共混物的斷裂能減少,即在較小應(yīng)力和較低伸長(zhǎng)率下發(fā)生破壞5。EPDM 含量低于20 phr 時(shí)永久變形下降,隨后EPDM 增加永久變形增大。斷裂伸長(zhǎng)率和永久變形在EPDM/PP/HDPE=60/30/10時(shí)出現(xiàn)了峰值,這可能是此共混比下,HDPE 不僅起著PP 晶核作用,而且作為

14、EPDM 的粘度調(diào)節(jié)劑改善了EPDM 在PP 基體中的分散性,體系的均勻性比較好2。此后,EPDM 增加永久變形呈下降趨勢(shì)。從圖2-(b可看出在EPDM/PP/HDPE=30/60/10EPDM/PP/HDPE=60/30/10時(shí)的撕裂強(qiáng)度與圖1-(b相比在EPDM 含量相同的情況下其數(shù)值高于二元體系。這可能加入HDPE 后,EPDM 交聯(lián)粒徑起著更重要的影響因素。因?yàn)樵谥茦訒r(shí),膠料擠出造粒后又經(jīng)過了開煉機(jī)的塑煉剪切,剪切作用使共混體系混合和分散作用大大增強(qiáng),交聯(lián)的EPDM 粒子更小、分散更均勻,橡膠粒子相應(yīng)的體積增大,交聯(lián)密度增加,EPDM 粒子還可能起著一種成核劑的作用,使體系的結(jié)晶度增大

15、,撕裂強(qiáng)度提高。 邵爾A 型硬度/度 EPDM 含量/phr撕裂強(qiáng)度/(kNm -1拉伸強(qiáng)度/M p aEPDM 含量/phr永久變形/%斷裂伸長(zhǎng)率/%EPDM 含量/phr(a邵爾A 硬度 (b拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度 (c斷裂伸長(zhǎng)率和永久變形圖2 HDPE 為10 phr 時(shí)EPDM 含量對(duì)EPDM/PP/HDPE TPV 力學(xué)性能的影響Fig.2 Effect of EPDM content on mechanical properties of EPDM/PP/HDPE TPVwhen HDPE is 10 phr2.2 EPDM70phr 時(shí)加入HDPE 性能的變化 為了更進(jìn)一步研究HDP

16、E 對(duì)EPDM/PP 二元TPV 力學(xué)性能的變化,在EPDM/PP=70/30的共混比中加入了變量HDPE ,替代部分PP 。從表1可看出,EPDM/PP=70/30加入變量HDPE 后,隨HDPE 用量的增加三元TPV 的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和硬度下降,斷裂伸長(zhǎng)率和永久變形在HDPE 小于10 phr 時(shí)均下降。這可能是HDPE 的模量和結(jié)晶度均比PP 小,當(dāng)HDPE 部分替代PP 后,由于經(jīng)動(dòng)態(tài)硫化,橡膠在強(qiáng)的剪切力作用下由纖維狀硫化成粒徑很細(xì)的膠粒,EPDM 膠粒插入、分割、細(xì)化HDPE 的球晶而均勻分散在樹脂相中。導(dǎo)致HDPE 的結(jié)晶度呈現(xiàn)隨橡膠含量的增加而略降低及動(dòng)態(tài)硫化的結(jié)晶度比相應(yīng)

17、未硫化共混物低,因而共混物的斷裂能降低,使體系在較小的應(yīng)力下發(fā)生破壞。斷裂伸長(zhǎng)率和永久變形都在HDPE 15 phr 時(shí)又出現(xiàn)一個(gè)峰值,隨后再下降。這可能是在此共混比下,體系一方面表現(xiàn)出一定的塑料特性,其發(fā)生塑性變形的程度提高,故永久變形增大。另一方面可能在此共混比下,EPDM 粒子較均勻地分散在PP 和HDPE 連續(xù)相中,HDPE 作為EPDM 的粘度調(diào)節(jié)劑改善了EPDM 的分散性。表1 EPDM 70 phr時(shí)HDPE含量對(duì)EPDM/PP/HDPE TPV力學(xué)性能的影響Tab.1 Effect of HDPE content on mechanical properties of EPDM

18、/PP/HDPE TPVEPDM/PP/HDPE 邵A硬度/度拉伸強(qiáng)度/MPa 撕裂強(qiáng)度/(kNm-1 斷裂伸長(zhǎng)率/% 永久變形/% 70/30/0 85.3311.20 56.87 432.6026.6270/25/5 84 7.0756.41391.1017.2370/20/10 82.33 7.06 56.35 366.9614.8770/15/15 81 6.74 51.09463.9018.5870/10/20 79.45 6.71 49.29 381.6613.8470/5/25 77.78 6.06 47.85 364.9913.103 結(jié)論(1EPDM可以改變PP和HDPE結(jié)晶

19、度,有利于應(yīng)力的平均分布,使體系的硬度降低。HDPE可以作為增容劑,有效改善PP與EPDM之間的界面狀況,增加其相容性。HDPE還能作為粘度調(diào)節(jié)劑,改善體系的均勻性。在EPDM/PP橡塑比較低時(shí)加入HDPE性能影響更明顯。(2EPDM/PP/HDPE動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體中,EPDM用量固定時(shí),隨HDPE用量的增加,三元TPV的硬度、拉伸強(qiáng)度下降。參考文獻(xiàn)1尚文字,高乃奎,劉慶峰.聚丙烯/高密度聚乙烯/乙丙橡膠共混體系的研究J.絕緣材料通訊,2000,(1:20-22.2吳石山,丁榮剛,李喬均.PP/HDPE/EPDM共混物的研究J.橡膠工業(yè), 1997,44(1:6-8.3周松,艾剛建,張?jiān)俨?/p>

20、,等.HDPE/PP/EPDM共混物的性能研究J.塑料助劑,2008,(2:39-42.4李學(xué)鋒.PP/EPDM/HDPE三元共混增韌及增韌機(jī)理分析J.遼陽石油化工高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).1996,12(2:44-48.5吳崇剛,朱玉俊,孫亞娟,等.低硬度EPDM/PP熱塑性動(dòng)態(tài)硫化膠III 微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響J.合成橡膠工業(yè),2001,24(2:225-227. (本文文獻(xiàn)格式:蔣鵬程,曹有名,陳福林.EPDM/PP/HDPE 動(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體力學(xué)性能的研究J.廣東化工,2009, 36(12:28-30(上接第22頁monophenol and diphenol substratesJ

21、.The International J.of Biochemistry & Biology,2004 (36:235-246.2Kubo I,Chen Q X,Nihei K I,et al.Molecular design of antibrowning agents: antioxidative tyrosinase inhibitorsJ.Food Chemistry,2003(81:241-247. 3龔盛昭,鄧相慶,李仕梅.對(duì)羥基肉桂酸抑制酪氨酸酶活性的動(dòng)力學(xué)研究J.日用化學(xué)工業(yè),2003,36(3:159-162.5孟鳳霞,高希武,張嵐,等.昆蟲酪氨酸酶的研究進(jìn)展J.中國(guó)媒介生物

22、學(xué)及控制雜志,2004,15(6:49-499.6Osvaldo Z,Antonella B,Patrizia C,et al.Truffle-thio-flavours reversibly inhibit truffle tyrosinase J.FEMS Microbiology Letters,2003(220:81-88.7龔盛昭,楊卓如.微波提取白附子美白成分的工藝研究J.中藥材,2004, 27(11:863-865.(本文文獻(xiàn)格式:葉孝兆,龔盛昭,彭劍勇,等.富含苯丙烯酸的天然植物提取物對(duì)酪氨酸酶活性的影響J.廣東化工, 2009,36(12:21-22(上接第24頁流量為1

23、L/min時(shí),處理效率可達(dá)93.1 %;流量為2 L/min時(shí),處理效率也可達(dá)94.6 %,流量對(duì)吸附劑的處理效率影響不大。該吸附劑對(duì)NO凈化效果不夠明顯,流量為1 L/min時(shí),處理效率為15.3 %;流量為2 L/min時(shí),處理效率只有8.7 %,流量對(duì)吸附劑的處理效率有影響?？偟膩碚f,該吸附劑對(duì)氮氧化物(NO x具有一定的凈化能力,尤其是對(duì)二氧化氮效果顯著。3 結(jié)論結(jié)合博物館特殊環(huán)境要求及凈化性能、經(jīng)濟(jì)因素等綜合考慮,吸附劑由殼聚糖、二氧化錳、活性炭三種組分組成。當(dāng)殼聚糖、二氧化錳和活性炭的質(zhì)量配比為1611時(shí),所得復(fù)合吸附劑顆粒的甲醛吸附能力最強(qiáng),22.5 g該吸附劑在6 h內(nèi),可以將

24、體積為0.08 m3的密閉環(huán)境箱中的甲醛濃度由初始設(shè)定的1000 mg/L降為82 mg/L,甲醛吸附量可達(dá)到3.264 mg/g。對(duì)該吸附劑進(jìn)行反復(fù)性試驗(yàn),回收使用2次后仍可將密閉環(huán)境箱中甲醛濃度由初始設(shè)定的1000 mg/L降為159 mg/L,甲醛吸附量仍可達(dá)到2.990 mg/g,具有一定的反復(fù)使用能力。同時(shí),該吸附劑對(duì)氮氧化物(NO x具有一定的凈化能力,尤其對(duì)二氧化氮的去除效率達(dá)到了93 %以上。因此,該吸附劑是一種高效率、具有多重凈化能力的吸附劑,完全適用于博物館微環(huán)境。參考文獻(xiàn)1郝紅英,徐文國(guó),邵自強(qiáng).模板法微波輻射下交聯(lián)殼聚糖的合成及其吸附性能J.環(huán)境污染與防治,2005,27(8:568-570.2蔣茹,朱華躍,管玉江,等.殼聚糖/納米CdS復(fù)合顆?？梢姽夤獯呋到庑杉tB動(dòng)力學(xué)研究J.環(huán)境污染與防治,2009,31(5:16-19.3姜雪松,王伯生,沈蹤.甲殼素及其衍生物的生物活性和醫(yī)藥應(yīng)用J.生物醫(yī)藥工程學(xué)雜志,1996