動態(tài)硫化EPDM/高聚合度PVC熱塑性彈性體力學(xué)性能的研究*

王福成，白鴻博

（1.北京交通大學(xué)，北京100044；2.《當(dāng)代化工》雜志社，遼寧沈陽110043）

動態(tài)硫化EPDM/高聚合度PVC熱塑性彈性體力學(xué)性能的研究*

王福成1，白鴻博2

（1.北京交通大學(xué)，北京100044；2.《當(dāng)代化工》雜志社，遼寧沈陽110043）

采用動態(tài)硫化的方法制備了三元乙丙橡膠（EPDM）/高聚合度聚氯乙烯（HPVC）熱塑性彈性體。考察了PVC聚合度、橡塑比、增塑劑添加量、硫化劑用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及不同促進(jìn)劑配比對體系性能影響，研究了動態(tài)硫化工藝條件（硫化時間和硫化溫度）對體系性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用動態(tài)硫化方法，選用HPVC-2500、橡塑比為30/70、DOP用量為35份、硫化用量為0.4份及合適促進(jìn)體系，可以制得性能優(yōu)良的EPDM/HPVC熱塑性彈性體，拉伸強(qiáng)度能達(dá)到15.18 MPa，斷裂伸長率能達(dá)到544%。

動態(tài)硫化；三元乙丙橡膠；高聚合度聚氯乙烯；熱塑性彈性體

塑料相和橡膠相在熔融共混過程中，將橡膠進(jìn)行硫化，得到的粒狀硫化橡膠相以微區(qū)相態(tài)穩(wěn)定地存在于塑料相中，這種方法制得的材料稱為動態(tài)硫化型熱塑性彈性體（TPE）[1]。鑒于動態(tài)硫化型橡塑共混TPE優(yōu)異的綜合性能和廣泛應(yīng)用，采用動態(tài)硫化方法制備TPE已成為國內(nèi)外高分子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2-4]。

由于高聚合度聚氯乙烯（HPVC）具有漂亮外觀以及耐油、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異性能，但其存在的韌性差、耐熱性差等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。三元乙丙橡膠具有傳統(tǒng)橡膠的柔軟性、良好的耐候性、優(yōu)良的機(jī)械性能如抗疲勞、撕裂及耐酸堿等優(yōu)點(diǎn),所以制備EPDM/HPVC熱塑性彈性體能實(shí)現(xiàn)兩者性能上的互補(bǔ)。由于非極性EPDM與極性PVC相容性不好，極大的限制了PVC/EPDM共混物的性能，為此國內(nèi)外一些學(xué)者對其相容性做了很多的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

基本配方：HPVC/EPDM 70/30，CPE 9，穩(wěn)定劑3，DOP 35，促進(jìn)劑DM 0.4，促進(jìn)劑TMTD 1.0，硬脂酸 1，氧化鋅3。

動態(tài)硫化試樣制備過程：

將HPVC與計(jì)量好的穩(wěn)定劑、增塑劑等用高速萬能粉碎機(jī)混合均勻，作為HPVC樹脂相。

設(shè)定轉(zhuǎn)矩流變儀的溫度為170℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min。先加入HPVC相熔融后，再加入EPDM和促進(jìn)劑，共混4 min后加入硫化劑，繼續(xù)混合6 min后出料待用，然后把共混物放入2 mm厚的模具中，在平板硫化機(jī)上熱壓5 min，溫度為175℃，壓力為15 MPa，冷壓成片測試性能。

1.2 性能測試及測試標(biāo)準(zhǔn)

拉伸性能：按GB/T528-92標(biāo)準(zhǔn)在電子拉力試驗(yàn)機(jī)上測定,拉伸速度為500 mm/min；邵爾硬度按GB531-83標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同聚合度PVC對體系性能的影響

由表1可以看出,隨著聚合度的增加，體系的拉伸強(qiáng)度、邵爾硬度逐漸增大，而斷裂深長率、斷裂永久變形和100%定伸變形率則逐漸降低。

表1 不同聚合度PVC對體系性能的影響Table Influence of PVC with different polymerization degree on properties of the system

隨著PVC聚合度的提高，鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整性和結(jié)晶度增加，這種微晶結(jié)構(gòu)可以在體系中起到物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，從而提高體系力學(xué)性能；HPVC由于凝膠化而形成三維空間網(wǎng)絡(luò)形態(tài)結(jié)構(gòu)的，無規(guī)分子鏈間的纏結(jié)點(diǎn)增多，因而大分子鏈間滑移困難，這也是體系的力學(xué)性能提高原因之一。為了提高共混體系的拉伸強(qiáng)度，選用HPVC對于EPDM/PVC不相容共混體系力學(xué)性能提高起到重要的作用，故以下實(shí)驗(yàn)均采用HPVC-2500進(jìn)行。

2.2 不同橡塑比對體系性能的影響

在基本配方不變的情況下，橡塑比例的不同對體系性能有很大的影響，如圖1所示。隨著HPVC比例的提高，體系的拉伸強(qiáng)度、邵爾硬度、斷裂永久變形都逐漸增大，尤其拉伸強(qiáng)度變化明顯；而斷裂伸長率呈顯著的減小趨勢。

隨著HPVC含量的增加，共混體系中連續(xù)相HPVC分子間相互作用力大，抵抗外力破壞的能力比橡膠相要強(qiáng)，所以體系的拉伸強(qiáng)度和硬度都呈增大的趨勢。熱塑性彈性體回彈性是因?yàn)楣不祗w系被拉伸后，體系中的微觀分散的橡膠相扯動連續(xù)的塑料相而回彈，塑料相HPVC自身由于大分子鏈滑移困難形成的不可回復(fù)變形要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橡膠相，起到約束共混體系形變的作用，所以隨著HPVC含量的增加共混體系的斷裂永久變形逐漸增大而斷裂伸長率逐漸變小。但是綜合考慮共混體系各項(xiàng)性能，以下實(shí)驗(yàn)按橡塑質(zhì)量比為30/70進(jìn)行。

2.3 增塑劑DOP用量對體系性能的影響

如圖2所示，隨著DOP用量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度、斷裂永久變形、邵爾硬度都呈下降趨勢，而斷裂伸長率呈上升趨勢。這是因?yàn)樵鏊軇┻M(jìn)入HPVC大分子鏈之間，有選擇性的溶解聚合物大分子的物理交聯(lián)點(diǎn)從而導(dǎo)致大分子分開。

所以隨著增塑劑用量的增加，分子鏈之間的作用力減弱，導(dǎo)致了材料拉伸強(qiáng)度的大大降低，同時鏈段活動能力的增強(qiáng)會導(dǎo)致聚合物形變能力的增大，材料的斷裂伸長率就會增大。綜合共混體系各項(xiàng)性能考慮，以下實(shí)驗(yàn)選用35份DOP進(jìn)行。

2.4 硫化體系的確定

固定橡塑比m（EPDM）/m（HPVC）=30︰70，由于EPDM的不飽和度與其他不飽和二烯烴類橡膠相比要低的多，所以選用半有效硫化體系進(jìn)行硫化，即由中等用量的硫化劑和用量較大促進(jìn)劑組成。本組實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)劑用量一定的條件下，考查了硫化的用量對體系性能的影響。

由圖3可以看出，隨著硫磺用量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率都呈先增加后下降的趨勢，當(dāng)硫磺的質(zhì)量為0.4份時，綜合性能最好。

這是因?yàn)殡S著硫磺組分的增加，在剪切力的作用下交聯(lián)的橡膠粒子均勻的分散在塑料連續(xù)相當(dāng)中，橡膠粒子起到較好的傳遞應(yīng)力和“交聯(lián)點(diǎn)”的作用，所以體系的力學(xué)性能會隨硫磺組分的增加而增大。但是隨著硫化組分的繼續(xù)增加，多硫鍵的形成使拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率下降。

2.5 3種不同方法制備EPDM/HPVC共混物的性能比較

如表2所示，HPVC/EPDM共混體系中添加硫磺硫化體系后，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和永久變形都有明顯提高。采用動態(tài)硫化方法相對靜態(tài)硫化方法制備的EPDM/HPVC共混體系相比拉伸強(qiáng)度提高了18.8%，斷裂伸長率提高了26%，而永久變形降低了13%。

表2 3種不同HPVC/EPDM體系力學(xué)性能對比Table 2 Comparison of mechanical properties among three different HPVC/EPDM polymers

3 結(jié) 論

（1）采用動態(tài)硫化方法當(dāng)硫化用量為0.4，制備體系綜合性能最佳，拉伸強(qiáng)度能達(dá)到15.18 MPa，斷裂伸長率能達(dá)到544%。

（2）PVC的聚合度對共混體系影響顯著，高聚合度PVC制備的TPE體系力學(xué)性能要明顯好于普通PVC制備體系。

（3）橡塑比對體系的性能影響顯著，隨著HPVC連續(xù)相的增加，體系的拉伸強(qiáng)度明顯提高，可以一定程度上彌補(bǔ)二者不相容導(dǎo)致體系強(qiáng)度小的應(yīng)用限制。

（4）DOP的添加可以很大范圍改變共混物體系性能，在DOP用量為35時，體系有良好的力學(xué)性能。

[1]傅志鋒.熱塑性彈性體[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[2]Xin Liu.EPDM/polyamide TPV compatibilized by chlorinated polyethylene[J].Polymer testing，2003（22）：9-16.

[3]Hua Huang.Dynamically vulcanized ethylene propylene diene terpolymer/nylon thermoolastic elastomers[J].European Polymer Journal，2002（38）：857-861.

[4]劉贊，朱勝杰，陳占勛.動態(tài)硫化型PVC/PNBR熱塑性彈性體性能的研究[J].塑料，2005:(34)：60-64.

Study on Mechanical Properties of EPDM/HPVC Thermoplastic Elastomer Prepared by Dynamic Vulcanization

WANG Fu-cheng1，BAI Hong-bo2
（1.Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；2.Contemporary Chemical Industry Magazine，Liaoning Shenyang 110043，China）

The EPDM/HPVC thermoplastic elastomer with excellent properties was prepared by dynamic vulcanization.Effects of polymerization degree of PVC，ratio of rubber to plastics,dosage of plasticizer，sulfur content，curing accelerant content on mechanical properties of EPDM/HPVC TPEs were investigated.At the same time，influences of curing conditions on properties of the system were studied，including curing temperature and curing time.Experimental results indicate that the EPDM/HPVC TPEs prepared by dynamic vulcanization has excellent mechanical properties，the tensile strength of the system is up to 15.18 MPa，the elongation at break of the system can reach to 544%.

Dynamic vulcanization；EPDM；HPVC；Thermoplastic elastomer

TE 325.3

A

1671-0460（2010）02-0138-03

2010-02-26

王福成（1969-），男，高級工程師，北京交通大學(xué)在讀工程碩士，研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)車，沈陽鐵路局吉林機(jī)務(wù)段副段長。E-mail：jsm_cn@yahoo.com.cn。