研究
开发
பைடு நூலகம்
弹性体 , 2010 12 25, 20( 6) : 41~ 44 CH IN A EL A ST O M ERICS
粉末丁苯橡胶改性聚乙烯动态硫化性能的研究
梁 滔, 郑聚成 , 白竞冰 , 艾纯金, 魏绪玲 , 龚光碧
( 中国石油兰州化工研究中心 , 甘肃 兰州 730060)
摘
要 : 介绍了粉末丁苯橡胶改性聚 乙烯的 动态硫 化性能 , 采用 开炼工 艺和双 螺杆工 艺考察 了不
表 1 不同种类的 PE 性能对比 性能 拉伸强度 / M Pa 断裂伸长率 / % M I/ [ g ( 10 mi n) - 1 ] H DPE ( 2911) 26. 1 580 18. 00 m LLD PE ( 1520) 30. 4 613 8. 03 LLDPE ( 7042) 20. 2 456 2. 33
20/ 80 30/ 70 40/ 60 50/ 50 60/ 40 70/ 30 80/ 20 邵 A 硬度 93 92 90 89 85 74 65 拉伸强度 / M Pa 20. 0 14. 5 10. 3 11. 0 10. 1 7. 8 8. 2 断裂伸长率 / % 910 789 734 770 776 817 765 300% 定伸 强度 / M Pa 200% 定伸 形变 / % 7. 1 30 6. 7 25 5. 4 25 4. 7 15 3. 9 10 2. 7 5 2. 1 5
表 3 双螺杆工艺下不同 R / P 比的 TPO 性能 性能 R/ P
20/ 80 30/ 70 40/ 60 50/ 50 60/ 40 73/ 30 80/ 20 邵 D 硬度 50 47 45 43 41 38 34 拉伸强度 / M Pa 14. 1 12. 3 11. 3 10. 9 10. 8 9. 6 8. 4 断裂伸长率 / % 640 635 626 570 590 642 565 100% 定伸 强度 / M Pa 300% 定伸 强度 / M Pa 200% 定伸 形变 / % 6. 5 7. 2 31 5. 6 6. 8 28 4. 5 5. 6 24 3. 8 4. 7 16 2. 8 3. 9 12 2. 2 3. 1 10 1. 8 2. 0 5
2 结果与讨论
2. 1 不同 m ( PSBR) / m ( PE) 的动态硫化体系 由于 P E 种类很多 , 不同牌号的 PE 其结构、 平均 相对分子质量及其分布皆不同 , 一般说来, H DPE 作为 T P O 的 基质 强度 高, 但柔 韧性 差, LL DPE 基质柔韧性较好 , 但强度低。此外, 还应 选取熔体流动性高的 PE 作为基 质, 有利于提高 T P O 的成型加工性。为综合基质 PE 的性能, 本 文采 用 不 同 PE 并 用, 即 m ( 2911 ) / m ( m L L DPE) / m ( L L DPE) = 1 ∀ 1 ∀ 1, 3 种 PE 的有关性 能参数如表 1 所示。开炼工艺下不同橡塑质量比 ( R/ P) 的动态硫化体系性能如表 2 所示。
表 4 硫化体系对 TPO 性能的影响 S 用量 1) / 份 邵 D 硬度 拉伸强度 / M Pa 断裂伸长率 / % 100% 定伸强度 / M Pa 300% 定伸强度 / M Pa 200% 定伸形变 / % 0. 5 81 9. 2 517 2. 1 2. 8 18 0. 8 83 13. 5 611 2. 6 3. 5 13 1. 1 84 10. 3 547 2. 9 4. 1 11 1. 4 86 10. 6 519 3. 1 4. 3 9
H DPE: 2911, 抚顺石化公司生 产, 熔体流动指数 ( M I) 为 19. 2 g/ 10 m in; m LL DPE: SP 1520, 日本 三井 公 司 生 产, M I 为 2. 3 g/ 10 m in; L L DP E: L L101AA, 兰化公司生产 , M I 为 1. 2 g/ 10 min; 白炭黑 : 广州市华力森贸易有限公 司提供; 高岭 土: 济宁高新区泰丰化轻技 术装备研究所提供; n CaCO 3 : 粒径为 30~ 60 nm, 山东盛大纳米材料 有限公司生产 ; 其它助剂均为市售。 1. 2 设备和仪器 高速混合釜: GH 10 型, 北京塑料机械厂 ; 塑 炼机 : SK 160B 型, 上海橡胶机械厂; H AAKE 转 矩流变仪 ( 密炼 ) : RH EOCORD90 型, 德国哈克公 司; 双 螺 杆 挤出 机 : SH J 36 型, 螺 杆 直 径为 35 mm, 长径比为 35/ 1, 积木式 , 南京杰恩特机电有 限公司; 万能材料试验机: GT T CS 2000 型 , 台湾 高铁科技股份有限公司 ; 注塑机 : F2V130 型, 上 海华东机械公司 ; 平板硫化机 : XL 40 型, 上海橡 胶机械厂 ; 熔融指数 测定仪: GT 7100 MI 型, 台 湾高铁公司科技有限公司 ; 维卡热变形湿度试验 机: GF H V2000 型 , 承德精密试验机有限公司; 简 支梁冲击试验机: JC 型, 承德精密试验机有限 公 司; 悬臂梁冲击试验机 : XC 型, 承德精密试验机有 限公司; 偏光显微镜: XPT 7 型, 放大倍数 200, 南 京江南光学仪器厂; 电子显微镜: JSM 6700 型, 陕 西科仪科技有限公司; 硬度计: LX A 型, 上海六菱 仪器厂; 硬度计: LX D 型, 上海六菱仪器厂 ; 老化试
小时 , 则软化不足 , 在塑炼时, 胶料中的各组分不 能均匀分散 , 混炼胶质量粗糙 , 并要延长混炼时 间, 还会引起配合剂飞扬。反之, 溶胀作用过大则 会由于软化过度而引起溶解现象, 胶料会粘附在 炼胶机辊筒上 , 降低辊筒的剪切力 , 造成填充剂分 散不均, 同样会降低混炼效果。 2. 4 补强剂对 TPO 性能的影响 分别采用白炭黑、 高岭土、 n CaCO3 3 种补强 体系, 其用量为 6~ 40 份 , 在 R/ P 比为 60/ 40 条 件下 , 比较了 3 种补强体系对 T P O 的性能影响, 结果如图 2 所示。
/% 图 1 TPO 的应力 ! 应变曲线
由图 1 可见, ! 曲线上没有屈服现象, 试 样拉伸时不再出现颈缩阶段, 而是整个样条同时
第6期
梁
滔 , 等 . 粉末丁苯橡胶改 性聚乙烯动态硫化性能的研究
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被均匀拉细形变 , 完全呈现弹性材料的应变特征。 并且较小应力时出现较大形变的特征 , 充分体现 了动态硫化热塑胶的特点。因此双螺杆工艺可以 制备出综合性能优异的 T PO 专用物料。 2. 2 硫化体系对 TPO 性能的影响 在半有效硫磺 ( S) / 促进剂的动 态硫化体系 中, R/ P 比为 60/ 40 时的 T PO 性能见表 4。
验箱: 401A 型, 上海实验仪器厂有限公司; 厚度计: XH 10 型, 上海险峰电器机械厂。 1. 3 PSBR/ PE 体系工艺条件 开炼工艺 : 辊温 165 , 待原料塑化 后加入 PSBR, 依次加入小料、 补强剂、 软化剂、 硫化促进 剂、 硫磺, 开炼时间为 6 m in。 密炼工艺 : 密炼室温度为 165 , 转速为 30 r/ min 。 挤出工艺: 由加料口到机头温度依次为 155、 165、 170、 175、 170、 160 , 螺杆主机转速 360 r/ min, 熔温 165 。 注塑工艺: 由加料口到喷咀温度依次为 160、 180、 190、 195 , 注塑压力 40 M Pa, 保压 30 MP a、 保压时间 10 s, 冷却 20 s。 1. 4 性能测试 强伸性能: 按 GB1040 ! 79 进行测试, 注件样 品参 照 GB/ T 1040 ! 92, 模 压 制 样 参 照 GB/ T 16421 ! 1996; 简 支 梁 冲击 强 度: 按 GB1043 ! T G, 并参照 GB1043 ! 93 进行测试 ; 悬臂梁冲击 强度 : 按 GB1843 ! 80 进 行 测 试 ; 弯 曲 性 能: 按 GB/ T 16419 ! 1996 进行 测试; 熔 体流动指 数: 按 GB3682 ! 83 进 行 测 试 ; 维 卡 软 化 点: 按 GB1633 ! 79 进行测试 ; 邵 D 硬度 : 按 GB2411 ! 80 进行测试 ; 邵 A 硬度: 按 GB2422 ! 80 进行测 试; 定伸变形率 : 按 AST M D757 进行测试。
1 实验部分
1. 1 主要原料 PSBR: 中国石油兰州化工中心橡胶所提供;
收稿日期 : 2010 10 16 作者简介 : 梁 滔 ( 1963 ) , 男 , 广西南 宁人 , 博士 , 教授 级 高级工程师 , 主要从事合成橡胶的开发研究工 作。
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第 20 卷
表 2 开炼工艺下不同 R/ P 比的动态硫化体系性能 性能 R/ P
聚乙烯( P E) 材料用途很广, 分为高密度聚乙 烯( H DPE) 、 低密度聚乙烯( LDPE) 和线型低密度 聚乙烯( L L DP E) , 常用于做成各种塑料薄膜和塑 [ 1~ 3] 料布 。P E 抗多 种有 机溶剂 , 抗多 种酸 碱腐 蚀, 但是不抗氧化性酸, 例如硝酸。在氧化性环境 中 PE 会被氧化。 用粉末丁苯橡胶 ( P SBR) 改性 P E 体系 , 改性 的基本方向是制备共混型热塑弹性体 , 也称热塑 聚烯烃型橡胶( T PO) , 一般需经动态硫化工艺过 程[ 4] 。所谓动态硫化是相对于静态硫化而言, 动 态就是在高温高剪切力作用下实施硫化 , 硫化的 橡胶相, 最终以交联小颗粒 ( 岛相或分散相 ) 存在 于树脂连续相中。 T PO 的热塑性是由热塑树脂 ( PE) 提供, 其弹性由橡胶相 ( P SBR) 提供, 在对橡 胶弹性要求不苛刻的条件下应用, 如各类耐油性 密封条、 带、 电缆护套、 体育运动器材配件等[ 5, 6] 。 本文采用开炼工艺和双螺杆工艺考察了不同 m ( PSBR) / m ( PE) 的动态硫化体系, 并考察了硫 化体系、 软化剂组分、 补强剂组分对改性后 PE 力 学性能的影响。