EPDM/PP热塑性弹性体TPV的性能研究

热塑性硫化胶(TPV)弹性性能的好坏直接影响着其应用领域，如何制备出加工流动性能良好、挤出物表面光滑、弹性性能优异的TPV一直是该领域研究的重点和难点。然而,有关TPV的压缩变形机理、弹性性能以及它们的影响因素的研究是很少的，大量的文献只片面地报道了某种性能本工作是在前文的基础上，本文系统研究了 EPDM/PP TPV的弹性性能和压缩变形机理。

1.交联剂用量

交联剂用量对 EPDM/PP TPV弹性的影响实际上是反映交联密度对其弹性的影响。由图1可看出,随着交联剂用量的增多,TPV的压缩变形先逐渐变小再趋于不变。分析原因认为,TPV的压缩变形很大部分来源于橡胶本身的压缩变形。交联剂用量在8~16份是使TPV中的分散相从部分交联到完全交联的过程,分散相橡胶的交联密度越高,橡胶本身的压缩变形就越小。所以在一定的交联剂用量范围内,随着交联剂用量的增多材料的弹性增强。而当完全交联后,和静态橡胶制品一样继续增加橡胶的交联密度材料的邵氏A型硬度会上升,但弹性不会再增加反而会下降。同时,动态交联程度越高往往意味着动态交联速度快。从而会影响分散相粒子的破碎,使粒径变大,进而影响弹性。因此,动态交联达到最佳的交联度是非常必要的。

2.改性剂

本实验采用与PP有一定相容性的弹性中分子物质作改性剂,其用量为PP用量的10%左右混合均匀后下片,由图2可见,改性剂对TPV的弹性影响非常显著,在一定的用量范围内,随着改性剂用量的增大,材料的弹性明显提高,但过量的改性剂却使材料的弹性变差。其原因可能是,由于分散相橡胶已经完全交联,所以在熔融共混时所加入的改性剂只能处于连续相聚丙烯之中,当聚丙烯冷却结晶时,部分改性剂被排挤出聚丙烯而处于两相之间,非晶区部分的改性剂仍处于聚丙烯的非晶区里,导致聚丙烯的弹性增大,使其大分子被压缩后,容易产生回复,因而耐压缩变形性能提高。另外,由于改性剂的加入有助于分散相粒子之间的隔离,也是造成材料弹性提高的原因。过量的改性剂会造成材料弹性下降是因为过量的改性剂会使聚丙烯的结晶度大大下降,塑性变形大大加强,从而使材料的弹性变差。由图2还可以看出,随着改性剂用量的增加,材料的邵氏A型硬度不断下降。

3.橡塑比

为了保证不同橡塑比的TPV橡胶相具有相同的交联密度和粒径,本实验采用稀释法来制备不同橡塑比的TPV,即先制备橡塑比为70/30的TPV,然后在此基础上用聚丙烯稀释成所需不同橡塑比的。这样就可以避免交联密度和粒径2个因素给材料弹性所带来的影响,做到单独讨论橡塑比对弹性的影响。由图3可见,随着橡塑比的减小,TPV的压缩变形显著增大,弹性变差。这主要是因为在压缩变形的条件下,树脂产生的塑性变形很大,随着树脂相含量的增加,树脂本身的压缩变形增大。而与此同时,提供弹性的分散相橡胶的含量相对减小,所以随着橡塑比的减小,材料的弹性减弱。

4.压缩温度

由图4可见,随着压缩温度的提高,TPV的压缩变形明显增大。其原因主要有:(1)随着压缩温度的提高,分散相橡胶的压缩变形增大:(2)压缩温度提高,PP的分子链运动加剧,容易产生移位,产生较大的塑性变形。尤其是当压缩温度接近或达到树脂相的熔点时,树脂相开始熔融,产生极大的不可逆塑性变形,TPV的压缩变形达到100%在40℃左右时,TPV的压缩变形还不到20%,可以和纯橡胶相媲美。在相同橡塑比下,可以推论得出,如果连续相的熔点提高,则结晶度提高,连续相的耐热性就提高,TPV的压缩永久变形就会减小。因此,应该采用高结晶度的PP来制备TPV。

结论

EPDM/PP TPV的压缩变形主要来源于分散相EPDM本身的压缩变形和连续相PP的塑性变形提高分散相的交联密度和连续相的结晶度都有助于材料弹性的改善,适量的改性剂可以使连续相PP分子链的运动能力增强,也可以大大降低材料的压缩变形;橡塑比越高,材料的弹性越好:压缩温度对材料弹性的影响很显著,随着压缩温度的提高,材料的压缩变形增大:在PP最佳结晶温度下模压可以提高材料的结晶度,改善弹性。所以采用高结晶度的聚PP有助于提高材料的耐高温压缩变形性。

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