夏 琳1,邱桂學1,吳波震1,劉德良2,王 曄3,于 濤4(1.青島科技大學高分子科學與工程學院,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硫化膠補強性能的影響。結果表明,POE隨著交聯程度的增加,力學性能逐漸下降;白炭黑對POE硫化膠補強效果顯著,其用量20份以上時,拉伸強度、撕裂強度較高,扯斷永久變形率明顯降低。
關鍵詞:白炭黑;彈性體;POE
中圖分類號:TQ 330.38文獻標識碼: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℃)和耐老化等優異的性能[1],廣泛應用于橡塑工業中,已成為塑料、橡膠行業的重要應用材料。未交聯的POE材料耐溫等級低(小于80℃),扯斷永久變形大(約200%),因此,不能滿足受力狀態下的工程使用要求。為滿足受力狀態下工程使用的要求,有必要對聚烯烴彈性體POE進行交聯,交聯POE的耐熱等級和永久變形均比未交聯POE有所改善[2]。本實驗工作主要是對白炭黑補強POE硫化膠的力學性能進行研究。
1 實驗部分
1.1 原材料
POE:牌號Engage 8150,杜邦陶氏化學公司生產;TH-白炭黑:BT-02型,烏海市天源化工有限責任公司生產;其它配合劑均為市售工業產品。
1.2 主要儀器和設備
雙輥筒塑煉機:SK-160B,上海橡膠機械廠;平板硫化機XLB:青島第三橡膠機械廠;平板硫化機:煙臺橡膠廠;氣壓自動切片機:GT-7016-AR,高鐵檢測儀器有限公司;橡膠硬度計(邵氏A):上海險峰電影機械廠;HD-10厚度計:上海化工機械器廠;拉力試驗機: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平板硫化機上,于170℃左右加壓硫化10~30 min。
1.4 性能測試
拉伸試驗及扯斷伸長率按GB/T528—92測試,拉伸速率500 mm/min;撕裂試驗按GB/T529—91測試,拉伸速率500 mm/min;硬度試驗按GB11204—89測試。
2 結果與討論
2.1 交聯劑用量對POE性能的影響
POE的分子鏈是飽和的,所以需要用過氧化物或輻射交聯,本工作選過氧化二異丙苯(DCP)作交聯劑,考察其用量對POE力學性能的影響,如表1所示。
從表1可以看出,當POE加入DCP進行交聯時,隨DCP用量的增加,試樣的拉伸強度、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硫化膠的力學性能驟減。POE的拉伸強度由最初的13.76 MPa下降到2.82 MPa;扯斷伸長率由806.38%降至135.79%。
DCP交聯聚烯烴彈性體POE,造成力學性能下降的主要原因是:一定量交聯劑的加入可使材料形成網絡結構,交聯點的存在限制了分子鏈的運動,當DCP含量提高時,交聯點密度提高,破壞了結晶區,當試樣受到拉伸時分子鏈的取向受化學交聯鍵的限制也有所降低,所以交聯彈性體的拉伸性能反而遠低于物理交聯點(物理結晶)很多的未經交聯的彈性體。
2.2 DCP用量對白炭黑補強POE硫化膠性能的影響
由上面的實驗可以看出,要提高交聯POE的力學性能,只加入DCP力學性能滿足不了用戶要求,必須對材料進行補強。這里采用白炭黑作為補強劑,為了得到補強體系中DCP的最佳用量,在配方中把DCP含量作為變量,填充40份白炭黑進行補強。
表2是DCP用量對POE硫化膠力學性能的影響。可以看出,白炭黑補強POE硫化膠效果很明顯,隨著DCP用量的增加,拉伸強度先增加后減小;當DCP用量為2份時,拉伸強度達到最大為18.33 MPa,撕裂強度為72.28 MPa。由此可見,白炭黑對POE硫化膠的補強效果十分明顯,并發現對白炭黑補強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構形態呈鏈枝狀,表面有大量羥基,主要為硅醇基還有硅氧烷基。當白炭黑填充到交聯POE內時,由于白炭黑表面與高分子鏈之間發生了許多化學物理反應,使白炭黑表面結合了大量的高分子鏈,形成一定的交聯結構。當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生斷裂,其它的鏈照樣起作用,所以白炭黑起到了補強的效果。當DCP用量過多時,材料過度交聯,交聯點之間的分子鏈長度變短,可伸展性變差,力學性能降低。
2.3 白炭黑用量對POE硫化膠性能的影響由上面實驗看出,交聯劑用量為2份時效果最佳,為了進一步研究白炭黑對POE膠料的補強效果,固定DCP用量為2份,考察白炭黑用量對POE力學性能的影響,見表3。
從表3可以看出,隨白炭黑用量的增加,硫化膠的拉伸強度基本上先增加后減小,撕裂強度從34.05 MPa增加到80.67MPa,增大的趨勢也很明顯。由此可見,白炭黑補強效果明顯,故在其應用時,可根據綜合力學性能的需要選擇適當的白炭黑用量。
3 結 論
(1)交聯劑DCP用量為2份時,補強POE硫化膠的綜合力學性能較好。
(2)白炭黑對POE硫化膠具有非常好的補強效果,其用量20份以上較佳。
