动态硫化POE/PP热塑性弹性体的制备及性能研究

论文摘要

本课题以新型聚烯烃弹性体POE和聚丙烯（PP）为研究对象,以过氧化二异丙苯（DCP）/硫黄（S）为硫化体系,以炭黑、滑石粉、纳米高岭土、纳米碳酸钙为填充补强材料,以石蜡油和环烷油为软化剂,采用动态硫化技术制得高性能POE/PP热塑性弹性体,并对体系的加工工艺、力学性能、耐老化性能、流变性能和微观结构进行了研究。研究结果表明,采用不同的投料方式对体系性能影响较大,体系先共混后硫化比先硫化后共混的力学性能好。改变投料方式,在POE交联完全的前提下,尽量减少DCP的作用时间,能有效抑制PP的降解,进一步提高动态硫化POE/PP体系的性能。考察加工温度、转速和共混时间对体系性能的影响发现,随着加工温度的升高、转速的增加和共混时间的延长,体系的加工流动性提高,拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度先提高后下降。综合考虑体系的性能,确定加工温度为180°C,转速为50 r·min-1,共混时间控制在11～13min。研究了交联剂DCP对体系力学性能和体系中PP晶体结构的影响,实验表明,随着DCP用量的增加,体系中PP降解加剧,熔体流动速率增加,力学性能下降。偏光显微镜观察及DSC分析可知,随着DCP用量的增加,PP球晶尺寸逐渐变大,PP的结晶度和熔点随其分子量的减小而增大。助交联剂应用于过氧化物硫化体系中,可以提高交联效率,与TAIC相比,S是POE/PP/DCP体系有效的交联助剂,只要加入微量的S,PP的熔体流动速率与PP未降解时差不多,说明S能够很好地抑制PP的降解。当DCP用量为2份,S用量为0.2份时,体系的力学性能明显改善,与未加交联助剂的体系相比,拉伸强度提高了61.88%,断裂伸长率提高了73.38%,撕裂强度由73.98 N·mm-1增大到80.43 N·mm-1。扫描电子显微镜清晰地显示出,POE/PP熔融共混物经动态硫化后,交联POE粒子粒径较小,以微米级均匀分布在PP连续相中,POE/PP体系为典型的“海-岛”两相结构。对POE/PP/填充补强体系的研究可知,炭黑、滑石粉、纳米高岭土、纳米碳酸钙四种填充体系,经多次重复加工成型后,仍能保持较高的力学性能和较好的热稳定性,具有较好的热塑性能。流变实验表明,体系的黏-切敏感性较大,在成型加工中可以借助改变剪切速率,得到所希望的熔体黏度,其中POE/PP/滑石粉体系的剪切黏度较小,且黏-切敏感性较大。与滑石粉、纳米高岭土和纳米碳酸钙填充体系相比,炭黑填充体系的综合性能最好。当炭黑用量为20份时,体系的力学性能较好,尤其是耐天候性能明显优于其它三个体系。炭黑在POE/PP体系中达到纳米级均匀分散,基体树脂在断裂处受到强烈的拉应力作用而形成大量条带状或纤维状形变区域。动态硫化POE/PP体系中加入软化剂,能有效改善其加工流动性,降低体系的硬度。综合比较环烷油和石蜡油对POE/PP体系性能的影响发现,石蜡油更适合作为该体系的软化剂。当石蜡油用量为30份时,在降低动态硫化POE/PP/炭黑热塑性弹性体硬度的基础上,提高了材料的加工性能,对力学性能和老化性能保持较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 茂金属聚烯烃弹性体POE
• 1.2.1 POE 的结构与性能
• 1.2.2 POE 与EPDM 性能的比较
• 1.3 POE 的交联
• 1.3.1 辐射交联
• 1.3.2 硅烷交联
• 1.3.3 过氧化物交联
• 1.4 热塑性体弹性体
• 1.4.1 热塑性弹性体的定义
• 1.4.2 热塑性弹性体的性能特点
• 1.4.3 热塑性弹性体的分类
• 1.4.4 聚烯烃类热塑性弹性体
• 1.5 动态硫化热塑性弹性体
• 1.5.1 TPV 国内外研究进展
• 1.5.2 动态硫化技术在增韧PP 中的应用
• 1.5.3 TPV 的相态结构
• 1.5.4 TPV 的制备技术
• 1.5.5 TPV 的应用领域
• 1.6 橡胶配方的设计方法与CAD 技术的应用
• 1.6.1 均匀设计
• 1.6.2 现代橡胶配方设计与CAD 技术
• 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
• 1.8 前景展望
• 第二章 动态硫化POE/PP 体系加工工艺确定
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料
• 2.1.2 原材料POE、PP 的物理参数
• 2.1.3 仪器设备
• 2.1.4 试样制备
• 2.1.5 测试方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 加工温度的影响
• 2.2.2 转子转速的影响
• 2.2.3 共混时间的影响
• 2.2.4 投料方式的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 动态硫化POE/PP 硫化体系的优化
• 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 测试方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 交联剂DCP 用量对体系性能的影响
• 3.2.2 动态硫化POE/PP 硫化体系优化
• 3.2.3 硫化体系的选定
• 3.2.4 DCP/S 硫化体系的影响
• 3.2.5 POE/PP 动态硫化体系的形态结构
• 3.3 本章小结
• 第四章 动态硫化POE/PP/填充补强体系
• 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 测试方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 动态硫化POE/PP/炭黑体系
• 4.2.2 动态硫化POE/PP/滑石粉体系
• 4.2.3 动态硫化POE/PP/高岭土体系
• 4.2.4 动态硫化POE/PP/纳米碳酸钙体系
• 4.2.5 不同填料对动态硫化POE/PP 体系性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 动态硫化POE/PP/软化体系
• 5.1 实验部分
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 软化剂对动态硫化POE/PP 体系性能的影响
• 5.2.2 石蜡油对动态硫化POE/PP/炭黑体系性能的影响
• 5.2.3 制品性能与传统EPDM 防水卷材性能比较
• 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