邢國(guó)強(qiáng)，張 進(jìn)，趙建國(guó)

(山西大同大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，山西 大同 037009)

CR氯丁橡膠：外觀為乳白色、米黃色或淺棕色的片狀或塊狀物，是由單體氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)為主要原料經(jīng)過(guò)乳液自由基、聚合脫除單體生成的極性高分子材料[1]。有較好的物理機(jī)械性能：耐老化、耐熱、耐油、耐化學(xué)試劑；具有較好的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和可逆的結(jié)晶性。

聚氯乙烯：英文簡(jiǎn)稱(chēng)PVC(Polyvinyl chloride)，現(xiàn)今PVC是世界上需求量最大的通用型塑料，它應(yīng)用十分的廣泛。在建筑材料、工業(yè)制品、生活必需品、地板革、地板磚、人造皮草、管道、電線電纜、食品包裝膜、飲料瓶、、密封材料、纖維等方面均有廣泛應(yīng)用[5]。

CR與PVC并用改性：對(duì)于PVC的改性一直以來(lái)都是研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外在CR/PVC共混改性進(jìn)行了許多研究，但CR/PVC不屬于熱力學(xué)相容體系，當(dāng)PVC含量超過(guò)20℅時(shí)共混體的各項(xiàng)綜合性能下降。交聯(lián)劑JNJ264可以改善CR/PVC的交聯(lián)度[7]，增加交聯(lián)密度，從而增強(qiáng)其共混體的各項(xiàng)性能，同時(shí)也有利于在生產(chǎn)中降低成本。

交聯(lián)劑JNJ264：工業(yè)制出的產(chǎn)品是白色粉末狀的固體,熔點(diǎn)為138～141℃,它屬于無(wú)毒無(wú)味的粉末。交聯(lián)劑JNJ264的分子中含有兩個(gè)非?；顫姷幕鶊F(tuán)硫醇(-SH),它們可以同時(shí)含有氯聚合物中的Cl發(fā)生取代反應(yīng),由此而使聚合物產(chǎn)生交聯(lián)作用[8]。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

研究不同工藝條件下制得的CR/PVC綜合性能，發(fā)現(xiàn)一種較好共混配方及其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝條件。

目前，已有學(xué)者研究得出結(jié)論：CR/PVC并用改性時(shí)，PVC的加入量最多為20%[8]。沒(méi)有對(duì)具體加工工藝做出詳細(xì)說(shuō)明，故本實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)CR/PVC共混工藝做出研究。

2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用CR膠乳、PVC膠乳與乳化的交聯(lián)劑JNJ264充分混合均勻，然后破乳進(jìn)行混煉、硫化。重點(diǎn)研究在不同配比、硫化時(shí)間、硫化溫度下共混體的改性效果。目的是選擇一種加工工藝，能夠改善兩者相容性提高共混體性能。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器

CR和PVC并用，對(duì)其硫化特性曲線進(jìn)行研究，所用到的主要實(shí)驗(yàn)原料如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)藥品Table 1 experimental drugs

CR和PVC并用，對(duì)其硫化特性曲線進(jìn)行研究，所用到的主要實(shí)驗(yàn)儀器如表2。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器Table 2 experimental instrument

3.2 混煉工藝

為使JNJ264充分的與混合膠乳均勻混合，須將JNJ264乳化。

交聯(lián)劑JNJ264的乳化步驟如下：

(1)稱(chēng)取所需JNJ264的量，用環(huán)己酮作溶劑溶解交聯(lián)劑。并用磁力攪拌器在35～38℃下攪拌使其完全溶解，大約5min后交聯(lián)劑完全溶解，溶液呈黃色透明狀。

(2)按環(huán)己酮的用量的2%配制乳化劑，其中A600：Ro3質(zhì)量比為2∶1，再用蒸餾水將乳化劑稀釋成與溶液等質(zhì)量。并同樣使用磁力攪拌器。

(3)將JNJ264的環(huán)己酮溶液緩慢滴加到乳化劑，并不斷攪拌。

(4)將配制好的JNJ264乳化劑緩慢滴加到CR/PVC混合乳液中，并不停的攪拌。

破乳過(guò)程步驟：

采用CaCl2作破乳劑，將破乳劑加入到乳液中，放置一段時(shí)間后乳液發(fā)生破乳，膠片析出，水分揮發(fā)。將破乳后的膠片在烘箱中干燥2～3d。待膠片完全干燥后可以于開(kāi)放式煉膠機(jī)上進(jìn)行開(kāi)煉，并加入各種助劑。

本實(shí)驗(yàn)中每組膠料均為200g。每一組樣品基本助劑組成見(jiàn)表3。

表3 基本助劑組成Table 3 basic fertilizer

注：A、B、C、D、E、F表示每一組樣品的編號(hào)。

本實(shí)驗(yàn)工藝流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程示意圖

3.3 分析與測(cè)試

本課題所涉及的測(cè)試全部按照相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，主要包括：

邵氏硬度按GB/T 531.1-2008測(cè)試；拉伸性能GB/T 528-92；硫化特性曲線按GB/T 518-1991[9]。

3.4 結(jié)果與討論

3.4.1 共混比例對(duì)CR/PVC的影響

由于CR顯橡膠的彈性和粘性，而PVC則顯塑料的塑性。共混膠中某種成分的含量決定混合后彈性體的性能。為了能夠有效的提高共混后的性能以及降低生產(chǎn)成本，需要尋找一個(gè)合適的共混比。表4中列出了不同共混比下CR/PVC-TPE拉伸性能及邵氏硬度。

表4(續(xù))Table 4 tensile test

注：A、B、C、D、E、F分別代表PVC百分含量為0、10、20、30、40、50時(shí)的試樣。

由上表可知，隨著PVC的增加混煉膠的拉伸性能呈現(xiàn)先增加后降低再增加的波浪型變化。邵氏硬度隨著PVC含量的增加而增加。當(dāng)PVC百分含量為20%時(shí)，混煉膠斷裂強(qiáng)力達(dá)到了頂峰值9.25MPa，超過(guò)了純CR的斷裂強(qiáng)力，其斷裂伸長(zhǎng)率已趨于純CR，邵氏硬度為70。綜合各方面因素權(quán)衡：在PVC百分含量是20%時(shí)制得的CR/PVC-TPE彈性體具有較好的拉伸性能，性?xún)r(jià)比較高，更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.4.2 硫化溫度對(duì)CR/PVC的影響

本實(shí)驗(yàn)采用的硫化方式為動(dòng)態(tài)硫化，即在高溫加補(bǔ)強(qiáng)劑后加入硫化劑和硫化助劑, 再混煉一定時(shí)間后下片。動(dòng)態(tài)硫化法具有加工連續(xù)性好、周期短和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。表5為不同硫化溫度下當(dāng)PVC百分含量為20%時(shí)，CR/PVC彈性體的拉伸性能。

表5 溫度的影響Table 5 The influence of the temperature

注：A、B、C分別表示硫化溫度為140℃、160℃、170℃。

上圖中，當(dāng)硫化溫度為160℃時(shí)CR/PVC-TPE彈性體的綜合拉伸性能最好，說(shuō)明此溫度下，PVC與CR交聯(lián)結(jié)構(gòu)較好，交聯(lián)密度大，所以最適當(dāng)?shù)牧蚧瘻囟葹?60℃。

3.4.3 硫化時(shí)間對(duì)CR/PVC的影響

在的橡膠加工中，硫化時(shí)間是一個(gè)十分重要的因素。硫化時(shí)間的長(zhǎng)短決定橡膠結(jié)構(gòu)是否已經(jīng)緊密，是否硫化完全。時(shí)間太短不能使橡膠很好的交聯(lián)，時(shí)間太長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致橡膠老化甚至碳化使其性能下降[10]。表6列出不同硫化時(shí)間對(duì)橡膠性能的影響。

表6 時(shí)間的影響Table 6 the influence of time

注：A、B、C、D分別表示5mine、10mine、15mine、20mine

從表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)硫化時(shí)間為5min時(shí)該CR/PVC-TPE彈性體未能完全交聯(lián)，在時(shí)間15min時(shí)交聯(lián)度最大，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)最大。當(dāng)硫化溫度為20min時(shí)橡膠老化較嚴(yán)重，性能下降。斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)最大。所以硫化時(shí)間應(yīng)為15min為宜。

3.4.4 交聯(lián)劑對(duì)CR/PVC的影響

CR和PVC是熱力學(xué)不相容體系，兩者無(wú)法形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。所以需要加入一種交聯(lián)劑，能夠使CR、PVC分子間交聯(lián)度增加具有較好的協(xié)同作用，明顯提高CR/PVC力學(xué)性能。表7列出了當(dāng)PVC百分含量為20%時(shí)加JNJ264和不加JNJ264共混彈性體力學(xué)性能的對(duì)照。

表7中，加入交聯(lián)劑后其彈性體，斷裂強(qiáng)力達(dá)到9.13MPa；而不加交聯(lián)劑時(shí)斷裂強(qiáng)力僅為4.56MPa。同理，由于加入的交聯(lián)劑改善了混用膠內(nèi)部交聯(lián)情況致使其斷裂伸長(zhǎng)率也不同，A組分的伸長(zhǎng)率為283.36%遠(yuǎn)大于B組分的140.98%。邵氏硬度：A組分小于B組分，說(shuō)明交聯(lián)劑能夠讓CR/PVC-TPE彈性體內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。顯橡膠的彈性從而更有利于其在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

表7 JNJ264的影響Table 7 the influence of JNJ264

注：A表示加JNJ264，B表示不加JNJ264的樣品。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同加工條件下CR/PVC-TPE彈性體的綜合性能，尤其交聯(lián)劑JNJ264的加入對(duì)生產(chǎn)有非常重要的意義。得出的結(jié)論為：

CR/PVC并用改性時(shí)，PVC當(dāng)以20%為宜制的彈性體綜合性能最好；當(dāng)使用CR和PVC乳液混用時(shí)需將交聯(lián)劑JNJ264乳化，可以更充分的混合；開(kāi)煉溫度一般控制在55～70℃；硫化溫度設(shè)置成160℃；硫化時(shí)間為15mine。

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