徐萌萌，宗成中（青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東　青島　266042）

EPDM/TPX動(dòng)態(tài)硫化共混型熱塑性彈性體（TPV）的制備及性能

徐萌萌，宗成中（青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266042）

通過對不同橡塑比的EPDM/TPX進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)共混比60/40時(shí)，共混物的綜合性能較好。在不同的溫度下對橡塑比為60/40的共混物進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化，研究發(fā)現(xiàn)在230 ℃下動(dòng)態(tài)硫化的效果較好。另外，對橡塑比為60/40 的EPDM/TPX在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行研究，結(jié)果表明當(dāng)轉(zhuǎn)速為70 r/min時(shí)，共混物的力學(xué)性能較好。

EPDM；TPX；動(dòng)態(tài)硫化；力學(xué)性能

TPX為聚 4-甲基戊烯-1，是一種新型聚烯烴材料[1]。除具有普通聚烯烴材料的基本性能外，還具有非常優(yōu)秀的其它性能，如：非常突出的光學(xué)性能、機(jī)械性能耐高溫以及電學(xué)性能等。TPX的熔點(diǎn)高達(dá)230 ℃，所以其可以在較高的溫度下使用。作為塑料使用時(shí)，可以用在醫(yī)療器械、電子電器、包裝材料等方面。

自從發(fā)明用動(dòng)態(tài)硫化法制備熱塑性彈性體以來，人們廣泛研究了各種類型的熱塑性彈 性 體。 例 如，EPDM/PP、EPDM/EVA、EPDM/iPB等[2~5]。但是，對于動(dòng)態(tài)硫化法制備EPDM/TPX熱塑性彈性體未見報(bào)道。應(yīng)用動(dòng)態(tài)硫化法制備的熱塑性彈性體的用途越來越廣，在密封件、汽車配件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于TPX的熔點(diǎn)較高，而乙丙橡膠的耐高溫性較好及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低，所以兩者共混物有較廣的溫度使用范圍。本課題意在制備耐高低溫材料，使得材料有較大的溫度使用范圍。本文探討了橡塑比、硫化體系、轉(zhuǎn)速及動(dòng)態(tài)硫化溫度對EPDM/TPX共混物性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原料

EPDM 3702 日本三井；TPX 日本三井；炭黑 N660，工業(yè)級；氧化鋅，天津博迪化工股份有限公司；硬脂酸，天津博迪化工股份有限公司；硫磺、DCP 、DM、防老劑264等均為市售產(chǎn)品。

1.2儀器及設(shè)備

密煉機(jī), XSM-500, 上海科創(chuàng)橡塑股份有限公司；雙輥開煉機(jī), X(S)K-160, 上海雙翼橡塑機(jī)械有限公司；轉(zhuǎn)矩流變儀,XSS-300, 上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；平板硫化機(jī)，XLB型，青島第三橡膠機(jī)械廠；氣壓式自動(dòng)切片機(jī)，GT-7016-AR，臺灣高鐵科技股份有限公司；電子拉力機(jī)，Z005，德國Zwick公司；邵爾A硬度計(jì)，GT-GS-ME，高鐵檢測儀器有限公司；厚度計(jì)，GT-313-A1，高鐵科技股份有限公司。

1.3基本配方

EPDM/TPX 按實(shí)驗(yàn)需求比配制，兩者之和為100份，防老劑264 ：1，N660：50。

硫磺硫化體系：氧化鋅：5，硬脂酸：1，促進(jìn)劑 DM：1.5，TMTD：0.5，S：1（按100 份EPDM計(jì)算）。

過氧化物硫化體系：氧化鋅：5，硬脂酸：1，DCP：3，S：0.5（按100份EPDM計(jì)算）。

1.4實(shí)驗(yàn)方法

（1）先將EPDM 在70 ℃的密煉機(jī)中塑煉，然后依次加入小料、促進(jìn)劑、炭黑，共混一定的時(shí)間后出料制成母煉膠。將母煉膠在開煉機(jī)上下片，備用。

（2）將哈克轉(zhuǎn)矩流變儀調(diào)至230 ℃，待料溫達(dá)到預(yù)定溫度后，先加入TPX融化4 min后，加入母煉膠，2 min后加入硫磺或DCP及助硫化劑硫磺，由于在200 ℃下測得EPDM的t90 為2 min左右，考慮到橡膠相的充分硫化及分散問題，故動(dòng)態(tài)硫化3 min后，出料。然后在高溫開煉機(jī)上下片。

（3）將平板模壓機(jī)調(diào)至230 ℃，將模具預(yù)熱10 min，取出模具放入待壓試樣后，預(yù)熱1 min，保壓3 min，冷壓5 min后得到試樣。

1.5性能測試

拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、撕裂強(qiáng)度均用德國Zwick公司生產(chǎn)的電子拉力機(jī)按GB/T 16421-1996測試。壓縮永久變形 K=[(h0-h2)/(h0-h1)]×100%，h0為壓縮前試樣高度，h1=4.72 mm為壓縮時(shí)試樣高度，h2為在一定溫度下壓縮一定時(shí)間后，30 min恢復(fù)后的試樣高度。

2　結(jié)果與討論

2.1不同橡塑比對動(dòng)態(tài)硫化所得共混物的性能的影響

將不同橡塑比的共混物進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化，所得共混物的力學(xué)性能見表1。

表1　不同橡塑比的共混物性能（此表中的壓縮永久形變?yōu)槌叵聣嚎s72 h所得的數(shù)據(jù)）

從表1中可以看出隨著共混物中塑料相TPX比例的增加,材料的拉伸強(qiáng)度提高,斷裂伸長率減小,硬度變大,拉伸永久變形變大,壓縮永久變形也變大。究其原因，塑料相提供共混物的強(qiáng)度，橡膠粒子為共混物的韌性做出貢獻(xiàn)。在橡膠相比例大的共混物中，主要顯示橡膠的性質(zhì)如，低的硬度、高彈性等。而在塑料相比例大的共混物中，主要顯示塑料的性質(zhì)，如：高的模量、拉伸強(qiáng)度、高硬度等。隨著塑料相比例的增加，TPV的拉伸強(qiáng)度變大，彈性變小。采用硫磺硫化TPV的扯斷伸長率在橡塑比為60/40時(shí)，出現(xiàn)最大值。綜合考慮到共混物的綜合性能及成本等因素，本實(shí)驗(yàn)選取橡塑比為60/40進(jìn)行研究。當(dāng)橡塑比為60/40時(shí)，過氧化物硫化體系與硫磺硫化體系相比，共混物的拉伸強(qiáng)度較低，拉伸永久變形、拉斷伸長率和壓縮永久變形較大，邵A硬度較小。因?yàn)镈CP使得TPX分子降解斷鏈的結(jié)果，由于TPX分子的斷鏈，TPX的分子量下降，使得共混物的拉伸強(qiáng)度及硬度較小。用DCP硫化的共混物綜合性能不如硫磺硫化體系。

不同橡塑比的共混物應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。

圖1　應(yīng)力-應(yīng)變曲線

從圖1中可以看出隨著塑料相的比例增加，TPV模量變高，拉伸強(qiáng)度變大。橡膠相比例較高時(shí)，由于橡膠相的增韌作用，TPV的模量較低。當(dāng)橡塑比為60/40共混物的拉斷伸長率較大，綜合性能較好。

2.2不同動(dòng)態(tài)硫化溫度下共混物的性能

將橡塑比為60/40的EPDM/TPX進(jìn)行研究，先將TPX在230 ℃下融化后加入母煉膠，共混一段時(shí)間后取出膠料，然后在不同的溫度下加入硫化體系進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化，所得共混物的性能見表2。

從表2中可看出隨著動(dòng)態(tài)硫化溫度的下降共混物的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長率出現(xiàn)先下降后上升的趨勢，硬度值變化不大。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是在高溫下，塑料相熔融的比較充分，黏度較小，橡膠相所受的剪切力比較大能夠以較小的顆粒分散在塑料相中，故其力學(xué)性能較好。在較低的溫度下可能橡膠相的硫化比較充分并且沒有出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象，故其力學(xué)性能升高。

表2　不同動(dòng)態(tài)硫化溫度下共混物的性能

2.3不同的轉(zhuǎn)速下橡塑比為60/40的共混物動(dòng)態(tài)硫化力學(xué)性能研究

將橡塑比為60/40的共混物在230 ℃溫度下于不同的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動(dòng)態(tài)硫化。所得共混物的性能見圖2。

圖2　不同轉(zhuǎn)速下動(dòng)態(tài)硫化共混物的拉伸強(qiáng)度

從圖2中可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的提高，拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后下降的趨勢。是因?yàn)樵诘偷霓D(zhuǎn)速下，被剪切的橡膠粒子較大并且不能均勻的分散在塑料相中，使得共混物的拉伸強(qiáng)度不高。在高的轉(zhuǎn)速下，TPX分子鏈可能斷鏈并且塑料相可能破碎，導(dǎo)致共混物的拉伸強(qiáng)度不高。故轉(zhuǎn)速在70r/min的時(shí)候拉伸強(qiáng)度較高。

圖3為純EPDM的DSC曲線，在45 ℃時(shí)有個(gè)熔融峰，說明EPDM部分結(jié)晶。在不同的轉(zhuǎn)速下，其結(jié)晶速率不同，在70 r/min時(shí)的EPDM結(jié)晶速率可能和其混合速率一致，所得混合物的結(jié)晶度較大，晶體生長的比較完善，補(bǔ)強(qiáng)效果較好，故共混物在70 r/min時(shí)的性能較好。

3　結(jié)論

（1）通過對不同橡塑比的動(dòng)態(tài)硫化共混物進(jìn)行研究，綜合考慮共混物的性能及成本等諸多因素，橡塑比為60/40時(shí)，共混物的性能較有價(jià)值。

圖3　純EPDM的DSC曲線

（2）對不同的動(dòng)態(tài)硫化溫度進(jìn)行研究，230 ℃動(dòng)態(tài)硫化時(shí)的共混物綜合性能較好。

（3）在不同的轉(zhuǎn)速下，對動(dòng)態(tài)硫化共混物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速為70 r/min時(shí)，共混物的拉伸強(qiáng)度較好。

[1] 陶?？? 張軍. 聚4-甲基戊烯-1(TPX)的加工和應(yīng)用[J]. 合成材料老化與應(yīng)用, 2006, 35(2): 50~54.

[2] 吳唯, 陳麒. 工藝因素對 PP/EPDM 動(dòng)態(tài)硫化作用的研究[J]. 塑料工業(yè), 1998, 26(6): 15~18.

[3] 于文娟, 楊晨燕, 王兆波. 動(dòng)態(tài)硫化 EPDM/EVA 熱塑性彈性體的制備與性能[J]. 塑料制造, 2010 (6): 60~62.

[4] 田明, 劉力, 田洪池, 等. BPDM/PP 共混型熱塑性硫化膠的增容研究[J]. 合成橡膠工業(yè), 2003, 26(3): 144~147.

[5] 魏棟, 姚薇, 賀愛華. EPDM/iPB 共混型熱塑彈性體的制備與性能[J]. 山東化工, 2011, 40(6): 7~9.

[6] Mirzazadeh H, Katbab A A. PP/EPDM based thermoplastic dynamic vulcanizates with organoclay: morphology, mechanical and viscoelastic properties[J]. Polymers for advanced technologies, 2006, 17(11~12): 975~980.

Preparation and properties of EPDM / TPX dynamically vulcanized thermoplastic elastomer blends (TPV)

Preparation and properties of EPDM / TPX dynamically vulcanized thermoplastic elastomer blends (TPV)

Xu Mengmeng, Zong Chengzhong
(Ministry of Education Key Laboratory for Rubber & Plastic Materials and Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, Shandong, China)

Through the dynamic vulcanization research on various rubber plastic ratios of EPDM / TPX, we found that the blend had better overall performance when the blending ratio was 60/40. At different temperatures, we dynamically vulcanized the 60/40 blend, and found that the dynamic vulcanization effect was better at 230℃. In addition, we studied the 60/40 EPDM / TPX at different speeds, and the results showed that the blend has better mechanical properties when the speed was 70 r / min.

EPDM; TPX; dynamic vulcanization; mechanical property

TQ334

1009-797X(2015)12-0046-04

B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2015.12.008

徐萌萌（1990-），女，青島科技大學(xué)在讀碩士，研究方向主要為EPDM/TPX熱塑性彈性體的制備及表征。

2014-10-16