夏 琳1,邱桂學(xué)1,吳波震1,劉德良2,王 曄3,于 濤4(1.青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266042;2.中國石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;3.中國石油吉林石化公司營銷儲運(yùn)部,吉林吉林132021;4.中國石油吉林石化公司,吉林吉林132021)
摘 要:研究了白炭黑對POE硫化膠補(bǔ)強(qiáng)性能的影響。結(jié)果表明,POE隨著交聯(lián)程度的增加,力學(xué)性能逐漸下降;白炭黑對POE硫化膠補(bǔ)強(qiáng)效果顯著,其用量20份以上時,拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度較高,扯斷永久變形率明顯降低。
關(guān)鍵詞:白炭黑;彈性體;POE
中圖分類號:TQ 330.38文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1005-3174(2007)03-0042-02
POE是由乙烯和辛烯共聚而成的一種新型的聚烯烴熱塑性彈性體,其本身具有耐低溫(脆性溫度低于-45℃)和耐老化等優(yōu)異的性能[1],廣泛應(yīng)用于橡塑工業(yè)中,已成為塑料、橡膠行業(yè)的重要應(yīng)用材料。未交聯(lián)的POE材料耐溫等級低(小于80℃),扯斷永久變形大(約200%),因此,不能滿足受力狀態(tài)下的工程使用要求。為滿足受力狀態(tài)下工程使用的要求,有必要對聚烯烴彈性體POE進(jìn)行交聯(lián),交聯(lián)POE的耐熱等級和永久變形均比未交聯(lián)POE有所改善[2]。本實(shí)驗(yàn)工作主要是對白炭黑補(bǔ)強(qiáng)POE硫化膠的力學(xué)性能進(jìn)行研究。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原材料
POE:牌號Engage 8150,杜邦陶氏化學(xué)公司生產(chǎn);TH-白炭黑:BT-02型,烏海市天源化工有限責(zé)任公司生產(chǎn);其它配合劑均為市售工業(yè)產(chǎn)品。
1.2 主要儀器和設(shè)備
雙輥筒塑煉機(jī):SK-160B,上海橡膠機(jī)械廠;平板硫化機(jī)XLB:青島第三橡膠機(jī)械廠;平板硫化機(jī):煙臺橡膠廠;氣壓自動切片機(jī):GT-7016-AR,高鐵檢測儀器有限公司;橡膠硬度計(邵氏A):上海險峰電影機(jī)械廠;HD-10厚度計:上海化工機(jī)械器廠;拉力試驗(yàn)機(jī):AI-7000M,高鐵科技股份有限公司。
1.3 試樣制備及測試
雙輥筒煉塑機(jī)輥溫控制在110℃左右,投入POE,待其呈透明狀后,加入抗氧劑。放大輥距依次加入抗氧劑等填充劑,待其混勻后,再減小輥距,薄通3~5次。最后按硫化曲線確定硫化時間,在25 t平板硫化機(jī)上,于170℃左右加壓硫化10~30 min。
1.4 性能測試
拉伸試驗(yàn)及扯斷伸長率按GB/T528—92測試,拉伸速率500 mm/min;撕裂試驗(yàn)按GB/T529—91測試,拉伸速率500 mm/min;硬度試驗(yàn)按GB11204—89測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 交聯(lián)劑用量對POE性能的影響
POE的分子鏈?zhǔn)秋柡偷?所以需要用過氧化物或輻射交聯(lián),本工作選過氧化二異丙苯(DCP)作交聯(lián)劑,考察其用量對POE力學(xué)性能的影響,如表1所示。
從表1可以看出,當(dāng)POE加入DCP進(jìn)行交聯(lián)時,隨DCP用量的增加,試樣的拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率和扯斷永久變形率都降低,且由2份增加至4份時,POE硫化膠的力學(xué)性能驟減。POE的拉伸強(qiáng)度由最初的13.76 MPa下降到2.82 MPa;扯斷伸長率由806.38%降至135.79%。
DCP交聯(lián)聚烯烴彈性體POE,造成力學(xué)性能下降的主要原因是:一定量交聯(lián)劑的加入可使材料形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),交聯(lián)點(diǎn)的存在限制了分子鏈的運(yùn)動,當(dāng)DCP含量提高時,交聯(lián)點(diǎn)密度提高,破壞了結(jié)晶區(qū),當(dāng)試樣受到拉伸時分子鏈的取向受化學(xué)交聯(lián)鍵的限制也有所降低,所以交聯(lián)彈性體的拉伸性能反而遠(yuǎn)低于物理交聯(lián)點(diǎn)(物理結(jié)晶)很多的未經(jīng)交聯(lián)的彈性體。
2.2 DCP用量對白炭黑補(bǔ)強(qiáng)POE硫化膠性能的影響
由上面的實(shí)驗(yàn)可以看出,要提高交聯(lián)POE的力學(xué)性能,只加入DCP力學(xué)性能滿足不了用戶要求,必須對材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。這里采用白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)劑,為了得到補(bǔ)強(qiáng)體系中DCP的最佳用量,在配方中把DCP含量作為變量,填充40份白炭黑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
表2是DCP用量對POE硫化膠力學(xué)性能的影響。可以看出,白炭黑補(bǔ)強(qiáng)POE硫化膠效果很明顯,隨著DCP用量的增加,拉伸強(qiáng)度先增加后減小;當(dāng)DCP用量為2份時,拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大為18.33 MPa,撕裂強(qiáng)度為72.28 MPa。由此可見,白炭黑對POE硫化膠的補(bǔ)強(qiáng)效果十分明顯,并發(fā)現(xiàn)對白炭黑補(bǔ)強(qiáng)POE硫化膠來說,DCP的最佳用量為2份。
究其原因,可能是由于白炭黑的一次結(jié)構(gòu)形態(tài)呈鏈枝狀,表面有大量羥基,主要為硅醇基還有硅氧烷基。當(dāng)白炭黑填充到交聯(lián)POE內(nèi)時,由于白炭黑表面與高分子鏈之間發(fā)生了許多化學(xué)物理反應(yīng),使白炭黑表面結(jié)合了大量的高分子鏈,形成一定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。當(dāng)材料受到拉伸作用時,白炭黑粒子之間的分子鏈段就會受到力的作用,且其中一根分子鏈上受到的力可以通過白炭黑粒子傳遞到其它分子鏈上,即使白炭黑粒子之間的分子鏈長短不一,其中的某一根短鏈發(fā)生斷裂,其它的鏈照樣起作用,所以白炭黑起到了補(bǔ)強(qiáng)的效果。當(dāng)DCP用量過多時,材料過度交聯(lián),交聯(lián)點(diǎn)之間的分子鏈長度變短,可伸展性變差,力學(xué)性能降低。
2.3 白炭黑用量對POE硫化膠性能的影響由上面實(shí)驗(yàn)看出,交聯(lián)劑用量為2份時效果最佳,為了進(jìn)一步研究白炭黑對POE膠料的補(bǔ)強(qiáng)效果,固定DCP用量為2份,考察白炭黑用量對POE力學(xué)性能的影響,見表3。
從表3可以看出,隨白炭黑用量的增加,硫化膠的拉伸強(qiáng)度基本上先增加后減小,撕裂強(qiáng)度從34.05 MPa增加到80.67MPa,增大的趨勢也很明顯。由此可見,白炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果明顯,故在其應(yīng)用時,可根據(jù)綜合力學(xué)性能的需要選擇適當(dāng)?shù)陌滋亢谟昧俊?/p>
3 結(jié) 論
(1)交聯(lián)劑DCP用量為2份時,補(bǔ)強(qiáng)POE硫化膠的綜合力學(xué)性能較好。
(2)白炭黑對POE硫化膠具有非常好的補(bǔ)強(qiáng)效果,其用量20份以上較佳。
