第27卷 第2期2006年4月特种橡胶制品
SpecialPurposeRubberProductsVol.27 No.2 April2006
熔融共混法制备POE/PP热塑性弹性体
孙阿彬,陈焕江,周 琦,邱桂学
(青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室,青岛 266042)
摘 要:用熔融共混法制得了聚烯烃类弹性体(POE)/PP共混体系,研究了不同橡塑比对体系力学性能的影响;考察了不同填料(CaCO3,滑石粉,炭黑)对POE/PP复合材料性能的影响。结果表明:在共混比为60/40～70/30时,体系的综合性能较佳。加入的填料均使材料的拉伸强度和拉断伸长率下降,硬度上升。关键词:熔融共混;POE/PP;橡塑比;填充剂
中图分类号:TQ33412 文献标识码:A 文章编号:1005-4030(2006)02-0022-03
聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)由橡胶和聚烯烃构成。通常使用的橡胶为三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)和丁基橡胶(IIR);聚烯烃主要为聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE);用的较多的是EPDM/PP。由于EPDM价格上涨及聚烯烃类弹性体(POE)性能优良,尝试以POE来代替EPDM。POE是DupontDow化学公司采用茂金属催化剂合成的乙烯-辛烯共聚物,具有非常窄的相对分子质量分布,大分子中的短链分支规则排列,并有少量的长链分支;共聚物中的乙烯可结晶,结晶物可作为物理交联点而赋予材料强度;非晶态的乙烯链和辛烯长链则为材料贡献弹性[1～3]。1 实验部分111 主要原材料
POE,Engage7380,美国杜邦陶氏公司产品(DuPontDow);PP,MI为1,北京燕山石油化工
司;橡胶硬度计,邵氏A,上海险峰电影机械厂;
HD—10厚度计,上海化工机器厂;拉力试验机,AI—7000M,高铁科技股份有限公司。113 共混工艺
将辊温升到180℃～185℃之间,先加入PP和抗氧剂,混炼;待全部塑化包辊(用时1～2min)后加入POE,混炼薄通均匀,用时3～4min,加宽辊距混炼2～3min,再薄通2～3min,最后加宽辊距,待物料色泽均匀并表面有光泽时再光滑下片,整个过程用时大约需10～12min。将模具温度升至185℃,把裁好的胶片放入模具加压预热,然后排气3次,再加压到10MPa并保持10min,卸压后迅速冷压10min,制得试片后裁成标准样。114 性能测试
拉伸试验按GB/T528-1998进行,拉伸速率为500mm/min;撕裂试验按GB/T529-1991进行。2 结果与讨论
211 橡塑比对POE/PP共混体系性能的影响
股份有限公司聚丙烯事业部;炭黑,N330,工业
级,市售;CaCO3,轻质活性,天津市博迪化工有限公司产品;滑石粉,超细,山东栖霞;抗氧剂1010,工业级,北京化工厂产品。112 主要仪器和设备双辊开炼机,SK-160B,上海橡胶机械厂;平板硫化机,XLB,青岛第3橡胶机械厂;气压自动切片机,GT-7016-AR,高铁检测仪器有限公
收稿日期:2005-12-02
作者简介:孙阿彬(1979-),女,山东烟台人,青岛科技大学硕士研
究生,主要研究方向为茂金属聚烯烃弹性体的性能与应用。
在以往的研究中,大多以POE改性PP,以PP为连续相,研究也相对成熟了,如崔丽梅[4]等人以聚丙烯为基体,茂金属聚烯烃弹性体为增韧剂,研究了其在汽车保险杠方面的应用;杨柳[5]也对PP/POE共混物性能进行了研究。而在本实验中,以POE为连续相,以PP为分散相,研究不同橡塑比共混复合体系的性能,基本配方中以POE/PP为变量,见图1。
由图1可以看出,随POE用量的逐渐增加,复合体系的拉伸强度、撕裂强度都是逐渐减小的,
2006年 孙阿彬等 熔融共混法制备POE/PP热塑性弹性体 23
图1 POE不同用量对POE/PP共混体系机械性能的影响邵尔A硬度也明显下降。而拉断伸长率却增大。这是由于在共混体系中,聚丙烯本身的拉伸强度和硬度就比较高,在体系中起增强作用,因此聚丙烯用量越大,共混物强度就越大,硬度就越高;而POE作为橡胶相是一种韧性材料,在体系中起增韧作用,拉伸强度比较低;因此,POE和PP共同作用的结果就是随POE用量的增加,体系的拉伸强度降低,拉断伸长率升高;撕裂强度降低。当POE/PP共混比为60/40到70/30时,共混体系具有较好的综合性能。212 不同填充剂对POE/PP性能的影响
加入填料可以降低成本,保证制品外观质量和力学性能。当填料与POE/PP分子相互扩散时,2者接触面增加,可阻止分子表面相对滑移,内摩擦力较大,从而能显著提高制品的耐磨性,同时,又能使POE/PP的亚颗粒更易破碎和熔融,
提高了体系的加工性能。另外,还可以降低制品成本和成型收缩率、提高制品硬度。随填料用量的增加,体系的各项性能呈现出不同的变化规律。21211 CaCO3对POE/PP性能的影响
图2为CaCO3用量对POE/PP(60/40)共混体系性能的影响。
由图2可见,随着CaCO3用量的增加,硫化胶的拉伸强度,拉断伸长率和撕裂强度明显下降,但是硬度却在不断提高。这是因为随着CaCO3用量的增加,CaCO3与复合体系间形成的界面区增大,由于2相界面的粘结力较胶体自身的凝聚力弱,故界面区在受到外力作用时成为体系中的薄弱环节,由此产生的应力集中使得材料容易被拉断,因此,拉伸强度和撕裂强度随CaCO3用量的增加而降低。
图2 CaCO3用量对POE/PP共混体系机械性能的影响
21212 滑石粉用量对POE/PP性能的影响
滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的矿
物,化学成分为含水磷酸镁,上下层间靠微弱的范德华力结合,施加外力易在层间剥离、滑脱。滑石
粉作为塑料填料,可提高制品硬度、耐火性、抗酸
碱性、尺寸稳定性、耐蠕变性等。以滑石粉为变量(0,20,40,60),在相同实验条件下考察滑石粉用量对POE/PP(60/40)共混体系性能的影响,见图3。
24特种橡胶制品第27卷 第2期
图3 滑石粉用量对POE/PP共混体系机械性能的影响图4 炭黑用量对POE/PP共混体系机械性能的影响
由图3可知,随着滑石粉用量的增加,复合体系的拉伸强度、撕裂强度、拉断伸长率均表现出减小趋势,其中拉伸强度由13158MPa降低到10179MPa;拉断伸长率由651195%降低到65%;
撕裂强度由11212kN/m降低到7715kN/m。这是因为,随着滑石粉用量的增加,滑石粉与基体树脂间形成的界面区增大,由于2相界面的粘结力较树脂自身的凝聚力弱,故界面区在受到外力作用时成为体系中的薄弱环节,导致整个体系的强度和变形能力降低。此外,随着滑石粉用量的增加,分散在基体中的刚性粒子数目越来越多,导致材料的脆性增加,韧性降低,撕裂强度下降。从图3还可以看出,随着滑石粉用量的增加,体系的硬
为在实际POE/PP制备过程中,加入炭黑会产生
一定量的交联度,这会使得材料的性能有所提高,但因为加入炭黑后,也会产生界面区和力学缺陷,2者竞争效应的结果使得体系的性能下降。所以应适当控制炭黑用量,以20～40份为宜。由图4还可知道,材料的邵氏硬度随炭黑用量的增加而上升。
综合3种填料对复合体系的影响,可以发现,不同填料对体系的影响幅度不同,但总体上都是随填料用量的增加,体系的拉伸强度和拉断伸长率下降,硬度上升。3 结论
(1)随着POE/PP体系中橡胶相POE的不
度明显增加。
21213 炭黑用量对POE/PP性能的影响
以炭黑为变量(0,20,40,60,80),在相同实验
条件下考察炭黑用量对POE/PP(60/40)共混体系性能的影响,见图4。
由图4可以看出,加入炭黑后,材料的拉伸强度、撕裂强度和拉断伸长率都下降,但在炭黑用量为20份和40份时,体系力学性能较好。这是因
断增加,拉伸强度、撕裂强度和硬度都是随之降
低;但拉断伸长率则随之增大。
(2)POE/PP共混比为60/40到70/30时,硫化胶的综合性能最佳。
(3)随填料用量的增加,POE/PP体系的拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度都明显下降,硬度则提高。
2006年参考文献:
孙阿彬等 熔融共混法制备POE/PP热塑性弹性体
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25
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2004,(8):211
PreparationofPOE/PPThermoplasticElastomersthroughMeltBlendingSUNA2bin,CHENGHuan2jiang,ZHOUQi,QIUGui2xue
(QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao 266042,China)
Abstract:ThePOE/PPcompositewasmadethroughmeltblending.Theeffectoftheratioofrub2berandplastics,aswellasdifferentfillers(CaCO3,talcumpowder,carbonblack)onmechanicalpropertiesofPOE/PPwasstudied.TheresultsshowedthattheoptimalmechanicalpropertiesofPOE/PPwasobtainedwhentherateofrubberandplasticswasbetween60/40and70/30.Thetensilestrengthandelongationatbreakweredecreasedwithincreasingtheloadingofthefillerswhilethehardnesswasincreased.
Keywords:meltblending;POE/PP;ratioofrubberandplastics;filler
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