EPDM/POE动态硫化共混型热塑性硫化胶的制备与性能研究

论文摘要

本课题采用动态硫化技术在Haake转矩流变仪上制备了EPDM/POE动态硫化热塑性硫化胶（TPV）。与EPDM/PP动态硫化热塑性硫化胶相比,原材料以聚烯烃弹性体POE代替热塑性塑料PP,降低了材料的硬度并且材料的弹性也有所改善。通过扫描电子显微镜、毛细管流变仪、橡胶加工分析仪、动态热机械分析仪等先进仪器研究了加工工艺、硫化体系、填充补强体系和软化体系对材料硫化特性、力学性能、结构形态、耐老化性能、流变性能和动态机械性能的影响。根据结构决定性能的理论,提出:可以从硫化特性入手深入研究各因素对性能的影响机理。研究结果显示,共混温度、EPDM/POE共混比、转子转速、共混时间和加工方式对硫化特性的影响较大。随共混温度的增加、共混比的增大,硫化程度先增加后降低,硫化速率加快;随转子转速的增加,硫化程度逐渐降低,硫化速率加快;延长共混时间不利于材料性能的改善,动态硫化法可以提高材料的弹性。综合考虑加工、性能各因素,选择加工条件为:共混温度150℃,转速40 r·min-1,EPDM/POE共混比40/60,达最大转矩后1min出料。通过考察硫磺硫化体系、过氧化物硫化体系和酚醛树脂硫化体系对共混物性能的影响发现,随着硫化剂用量的增加,体系的交联密度不断增大。相同用量时,硫磺硫化体系的硫化程度最高。在DCP和硫磺用量分别为0.5份,酚醛树脂用量为1.0份时,体系性能较佳。硫磺用量为0.5份时拉伸强度可达11.0MPa。体系的硫化程度可以通过Haake转矩流变仪曲线直接计算得出。扫描电子显微镜显示:TPV材料呈“海-岛”两相结构,硫磺用量较少时,EPDM颗粒倾向于以椭圆形存在,当硫磺用量达1.0份时,EPDM颗粒的数量明显增多且大多呈球形。热分析实验表明:动态硫化使体系的Tg和Tm增加。研究填充补强体系对EPDM/POE TPVs材料的影响发现:碳酸钙对体系的硫化有延迟作用,炭黑则能促进硫化的进行。与轻质碳酸钙相比,纳米碳酸钙对TPV复合材料具有较好的补强效果。与炭黑N550相比,N220对体系性能的影响程度更大一些。总之,当炭黑用量为20份时,体系的综合性能较好。RPA实验结果显示:体系表现出明显的非线性粘弹性特质并且随炭黑用量的增加越来越明显。炭黑含量高的TPV材料的储能模量（G’）随应变的增大快速下降;在较小应变下,不同炭黑含量的tanδ的排列顺序为tanδ（10phr） < tanδ（0phr） < tanδ（30phr） < tanδ（50phr）。N220体系的G’、损耗模量（G’’）均大于N550,而N550体系的tanδ大于N220体系。为了更好地说明炭黑对体系性能的影响,研究还采用了硫化仪和炭黑分散仪进行实验。研究软化剂对体系性能的影响,结果显示,石蜡油和环烷油均能提高体系硫化程度。硫化程度随石蜡油用量的增加,先增加后降低,在20phr时,大幅下降。流变实验发现,EPDM/POE动态硫化热塑性硫化胶是一种切敏性材料,受温度变化影响不大。在剪切速率达到一定值后,石蜡油可以提高材料的加工流动性。老化实验表明,动态硫化可以提高弹性体的耐老化性能,所制备的弹性体材料可以进行多次返炼。综合考虑,石蜡油更适用于所研究体系,在石蜡油用量为40份时,硬度可低于邵氏65A。动态热机械性能测试结果表明,弹性体材料具有一定的阻尼性能并且tanδ>0.3的温度范围是57℃,tanδ最大值为0.53。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热塑性弹性体简介
• 1.2.1 热塑性弹性体发展历程
• 1.2.2 热塑性弹性体的分类
• 1.2.3 热塑性弹性体的结构与性能
• 1.2.4 几种主要热塑性弹性体的应用
• 1.3 POE （Polyolefin Elastomer）简介
• 1.3.1 改性POE直接用作弹性体材料
• 1.3.2 POE发泡材料
• 1.3.3 POE增韧其它聚合物
• 1.3.4 动态硫化POE/聚烯烃热塑性弹性体
• 1.4 动态硫化热塑性硫化胶（TPV）
• 1.4.1 动态硫化热塑性硫化胶简介
• 1.4.2 动态硫化热塑性硫化胶的类型
• 1.5 动态硫化热塑性硫化胶的用途及应用领域
• 1.5.1 汽车工业领域
• 1.5.2 电气电子工业领域
• 1.5.3 建筑领域
• 1.5.4 其它方面的应用
• 1.6 Haake转矩流变仪
• 1.7 论文选题的目的、意义和研究的主要内容
• 1.7.1 选题的目的和意义
• 1.7.2 研究的主要内容
• 第二章 动态硫化EPDM/POE共混工艺的研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 原材料POE和EPDM的性能参数
• 2.1.3 基本配方
• 2.1.4 仪器设备
• 2.1.5 试样制备
• 2.1.6 分析与测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 共混温度的影响
• 2.2.2 转子转速的影响
• 2.2.3 达最大转矩后共混时间的影响
• 2.2.4 共混比的影响
• 2.2.5 加工方式的影响
• 2.2.6 原材料的选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 动态硫化EPDM/POE TPV硫化体系的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 仪器设备
• 3.1.3 试样制备
• 3.1.4 分析与测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 硫磺用量对体系性能的影响
• 3.2.2 不同硫化体系及用量对体系性能影响的对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 动态硫化EPDM/POE TPV填充补强体系的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 仪器设备
• 4.1.3 试样制备
• 4.1.4 分析与测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 碳酸钙对体系硫化特性和性能的影响
• 4.2.2 炭黑对体系硫化特性和性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 动态硫化EPDM/POE TPV软化体系的研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原材料
• 5.1.2 仪器设备
• 5.1.3 试样制备
• 5.1.4 分析与测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 石蜡油对体系硫化特性和性能的影响
• 5.2.2 软化剂对体系硫化特性和性能的影响
• 5.2.3 石蜡油对炭黑填充EPDM/POE TPV性能的影响
• 5.2.4 EPDM/POE TPV流变性能研究
• 5.2.5 EPDM/POE TPV重复加工性能的研究
• 5.2.6 EPDM/POE TPV动态机械性能的研究
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文