氯化聚乙烯橡膠/丙烯酸酯橡膠共混物相容性的研究

劉吉超，張曉芳，張清陽(yáng)，鄧 濤

（青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266042）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單一組分材料往往無(wú)法滿足應(yīng)用需求或出現(xiàn)功能過(guò)剩的現(xiàn)象。通過(guò)共混可在現(xiàn)有聚合物的基礎(chǔ)上制得種類繁多、性能優(yōu)異、能夠適應(yīng)多層次需求的新型材料，這對(duì)于拓展高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域、滿足生產(chǎn)需要具有十分重要的意義[1]。聚合物材料的改性一般包括橡膠和塑料并用、纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料、纖維補(bǔ)強(qiáng)橡膠、橡膠并用等。使用無(wú)機(jī)填料填充基體通常可以降低制品成本，提高剛性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，但往往會(huì)導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率的下降[2]。使用纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料可以大幅度提高其拉伸強(qiáng)度，但同樣會(huì)導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度特別是拉斷伸長(zhǎng)率下降。

橡膠并用是將一種橡膠與另一種或幾種橡膠進(jìn)行機(jī)械共混，是改善橡膠加工技術(shù)和橡膠制品質(zhì)量的重要途徑[3-4]。丙烯酸酯橡膠（ACM）具有良好的耐熱、耐油、耐候性，但價(jià)格較高，并且其加工性較差，易粘輥。氯化聚乙烯橡膠（CM）加工性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，而且具有高填充、與其他聚合物在宏觀上有良好的相容性等優(yōu)點(diǎn)。ACM與CM兩者共混可在提高性能的同時(shí)降低成本。

本工作研究CM/ACM并用比、共混溫度對(duì)CM/ACM共混物相容性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料與配方

CM，牌號(hào)135B，濰坊亞星化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；ACM，無(wú)錫諾邦橡塑有限公司產(chǎn)品。

研究并用比對(duì)CM/ACM共混物玻璃化溫度（Tg）的影響時(shí)，CM/ACM共混物配方見(jiàn)表1。

表1 CM/ACM共混物配方 份

研究溫度對(duì)CM/ACM共混物Tg的影響時(shí)，選取CM/ACM并用比為50/50的共混膠，測(cè)試溫度分別為80，100，120，140和160 ℃。

1.2 主要儀器與設(shè)備

TD6001型稱料天平，余姚市金諾天平儀器有限公司產(chǎn)品；X（S）160A型兩輥開(kāi)煉機(jī)，青島化工機(jī)械廠產(chǎn)品；RM-200C型轉(zhuǎn)矩流變儀，哈爾濱哈普電氣技術(shù)有限公司產(chǎn)品；DSC-Q20型差示掃描量熱儀，美國(guó)TA公司產(chǎn)品；MZ-4016B型門尼粘度計(jì)，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；AI-7000M型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

1.3.1 生膠門尼粘度試樣

生膠試樣按照GB/T 15340—2008《天然、合成生膠取樣及制樣方法》中的有關(guān)規(guī)定制備。

1.3.2 配方變量試樣

將配比稱量好的1#～6#生膠分別在160 ℃的轉(zhuǎn)矩流變儀內(nèi)共混，共混時(shí)間為300 s，排料，備用。

1.3.3 變溫試樣

CM/ACM并用比固定為50/50。分別在80，100，120，140和160 ℃下進(jìn)行共混，排料，備用。

1.4 性能測(cè)試

門尼粘度：按照GB/T 1232.1－2000《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)定 第1部分：門尼粘度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試，預(yù)熱1 min，測(cè)試4 min，分別測(cè)試80，100，120，140和160 ℃下的門尼粘度。

Tg采用差示掃描量熱儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為：氮?dú)夥諊郎厮俾?5 ℃·min-1，溫度范圍－80～＋80 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)生膠門尼粘度的影響

溫度對(duì)粘度和分散相的尺寸有比較大的影響，不同溫度下CM與ACM的門尼粘度[ML（1＋4）]見(jiàn)表2。

表2 不同溫度下CM和ACM的門尼粘度

從表2可以看出：隨著溫度的升高，CM生膠的門尼粘度變化明顯，其最大差值為77.13；ACM生膠隨著溫度的升高門尼粘度下降較小，其最大差值為7.15。可以看出，與ACM相比，CM的門尼粘度對(duì)溫度變化更敏感。

2.2 CM/ACM并用比對(duì)共混物Tg的影響

不同并用比的共混物兩相的Tg可以間接反映兩相的相容性。如表2所示，認(rèn)為在高溫（160 ℃）共混時(shí)，兩種橡膠的粘度接近，具有良好的相容性。因此固定共混時(shí)轉(zhuǎn)矩流變儀的溫度、轉(zhuǎn)速和共混時(shí)間，對(duì)不同并用比的共混物進(jìn)行差示掃描量熱試驗(yàn)，得到不同并用比對(duì)共混物Tg影響的曲線，如圖1所示。

圖1 不同CM/ACM并用比對(duì)共混物Tg的影響

由圖1可以看出，4組共混膠中ACM的Tg均低于純ACM的Tg，且2#配方的CM和ACM的ΔTg最小，隨著ACM用量的增大，ΔTg增大，說(shuō)明相容性和共混物各組分所占比例有關(guān)。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在50 ℃左右出現(xiàn)峰值，認(rèn)為是CM中少量結(jié)晶部分的結(jié)晶熔融峰。

2.3 共混溫度對(duì)共混物相容性的影響

2.3.1 共混物Tg

不同共混溫度下，共混物（并用比均為50/50）CM相和ACM相的Tg見(jiàn)表3。

表3 不同溫度下CM/ACM（50/50）共混物的Tg ℃

從表3可以看出，共混溫度對(duì)CM/ACM共混物兩相的Tg影響不大。

溫度主要影響橡膠的粘度，溫度越高，兩相的粘度相差越小，分散相的尺寸越小。在并用比一定的情況下，粘度大的在共混過(guò)程中形成分散相，粘度小的易形成連續(xù)相[4]。CM與ACM共混時(shí)，CM的粘度大，為分散相；ACM的粘度小，為連續(xù)相。CM/ACM共混物在不同共混溫度下的結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖2所示。

圖2 CM/ACM共混物在不同共混溫度下的結(jié)構(gòu)形態(tài)

2.3.2 共混物拉伸強(qiáng)度

溫度影響橡膠粘度的同時(shí)，還影響共混時(shí)兩相界面的作用力。因此將生膠在開(kāi)煉機(jī)上下片，用模具壓成致密無(wú)氣泡的試片，并制得啞鈴形試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得共混溫度為80，100，120，140和160 ℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的共混物的拉伸強(qiáng)度分別為1.87，2.04，2.11，2.16和2.31 MPa。可見(jiàn)，隨著溫度的升高，共混物的拉伸強(qiáng)度增大，即高溫使共混界面間作用力增大。

3 結(jié)論

（1）CM的門尼粘度對(duì)溫度變化敏感，ACM不敏感。CM和ACM生膠的門尼粘度差值隨著溫度的升高而變小。

（2）在CM/ACM共混體系中，并用比對(duì)兩相的Tg影響較大，體系中CM比例越大，CM和ACM的Tg差值ΔTg越小，相容性越好。

（3）在CM/ACM共混體系中，共混溫度對(duì)兩相的Tg影響不大，但可以影響共混時(shí)分散相的尺寸以及共混界面作用力的大小。