基于NBR的TPV及基于WNBRP的TPE的結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、本研究采用動(dòng)態(tài)硫化法制各了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)/丁腈橡膠(NBR)及高密度聚乙烯(HDPE)/NBR共混型熱塑硫化膠(TPV)，對(duì)其力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、Mullins效應(yīng)及其可逆恢復(fù)、Payne效應(yīng)、壓縮永久變形及其可逆恢復(fù)等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究;另外，考察了橡塑比、增容劑、增塑劑、增強(qiáng)劑等對(duì)TPV性能的影響規(guī)律。在ABS/氯化聚乙烯橡膠(CM)/NBR及HDPE/氯化聚乙烯樹脂(CPE)/NBR TPV的基礎(chǔ)上制備了

2、基于TPV的吸水膨脹橡膠(WSR)，探討了吸水材料含量對(duì)其吸水行為的影響，并對(duì)其多次吸水性能、保水性能、吸水失重率及微觀形貌進(jìn)行了研究。通過熔融共混法制備了ABS/廢舊NBR膠粉(WNBRP)及HDPE/WNBRP熱塑性彈性體(TPE)，研究了增容劑對(duì)其力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)及Mullins效應(yīng)的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用動(dòng)態(tài)硫化法制備了ABS/NBR TPV，在基體中分別引入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、

3、CPE及CM對(duì)TPV進(jìn)行界面增容，系統(tǒng)地研究了增容劑對(duì)ABS/NBR TPV力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)、Mullins效應(yīng)及Payne效應(yīng)的影響。增容后ABS/NBR TPV的斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度均獲顯著提高。場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)觀察表明，增容后TPV的拉伸斷面更為平坦，界面結(jié)合更加緊密;刻蝕表面均勻的分散著NBR硫化膠粒子，增容劑在改善NBR的分散行為的同時(shí)，使得橡膠相粒子細(xì)化。系列ABS/NBR TPV單軸循環(huán)拉伸

4、試驗(yàn)中均可發(fā)現(xiàn)明顯的Mullins效應(yīng)，在同一拉伸比下，最大應(yīng)力、內(nèi)耗和tanδ在第一次加載-卸載循環(huán)中達(dá)到最大值，在第二次循環(huán)拉伸時(shí)發(fā)生顯著下降，但此后下降趨勢(shì)減小;瞬時(shí)殘余形變和應(yīng)力軟化因子隨著拉伸次數(shù)的增加而增加，但隨著拉伸比的增加呈下降趨勢(shì);與ABS/NBR TPV相比，增容TPV具有較低的最大拉伸應(yīng)力和內(nèi)耗。DMA溫度掃描研究表明，加入CM后基體ABS和NBR相的Tg相互靠近，證明CM增容劑的存在，改善了兩相之間的界面相容性:

5、應(yīng)變掃描模式下的DMA研究發(fā)現(xiàn)ABS/NBR TPV表現(xiàn)出明顯的Payne效應(yīng)。
　　(2) ABS/NBR TPV的基體增塑研究表明，基體中DOP的引入，在降低TPV的扯斷永久形變和硬度的同時(shí)，可顯著提高其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率;且增塑后TPV的拉伸斷面更加平坦。Mullins效應(yīng)研究表明，在相同的拉伸比下，增塑后TPV表現(xiàn)出較小的最大拉伸應(yīng)力、瞬時(shí)殘余形變、內(nèi)耗和應(yīng)力軟化因子。DMA研究表明，加入DOP后ABS及NBR的Tg均發(fā)

6、生不同程度的降低，且兩者之間差值逐漸減小，表明DOP可改善兩者的界面相容性。
　　(3) ABS/NBR TPV的增強(qiáng)研究表明，在NBR相中填充炭黑(CB)可使TPV的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度顯著增加，但斷裂伸長(zhǎng)率和扯斷永久形變則趨于降低?？涛gTPV表面的FE-SEM圖上可以清晰的看到均勻分散的NBR粒子，CB增強(qiáng)后NBR粒子尺寸明顯減小。
　　(4) ABS/NBR TPV的Mullins效應(yīng)可逆恢復(fù)的研究表明，提高熱處理溫度和

7、增加熱處理時(shí)間均可提高TPV的Mullins效應(yīng)的恢復(fù)程度，TPV中連續(xù)相的塑性形變及其恢復(fù)程度是影響TPV單軸循環(huán)形變中Mullins效應(yīng)的重要因素，熱處理大大加速了樹脂相塑性形變的恢復(fù)，并表現(xiàn)為Mullins效應(yīng)的可逆恢復(fù);當(dāng)熱處理時(shí)間為30 min時(shí)，拉伸和壓縮Mullins效應(yīng)的最佳恢復(fù)溫度分別為120℃及110℃。
　　(5) ABS/NBR TPV壓縮永久變形的可逆恢復(fù)研究表明，提高橡塑比和熱處理溫度，均可顯著加快TP

8、V壓縮永久變形的可逆恢復(fù)，且在接近基體Tg時(shí)TPV壓縮永久變形幾乎完全可逆;基于TPV的微觀結(jié)構(gòu)和可逆恢復(fù)曲線的特征，探討壓縮永久變形的可逆恢復(fù)機(jī)制;采用廣義Maxwell模型成功地對(duì)壓縮永久變形的可逆恢復(fù)過程進(jìn)行了描述，探討了橡塑比和熱處理溫度對(duì)可逆恢復(fù)各階段松弛時(shí)間的影響。
　　(6)采用動(dòng)態(tài)硫化法制備出了HDPE/NBR動(dòng)態(tài)硫化體系，提高樹脂相HDPE含量，HDPE/NBR動(dòng)態(tài)硫化體系的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、撕裂強(qiáng)度及硬度趨于

9、增加。以CPE為增容劑對(duì)HDPE/NBR動(dòng)態(tài)硫化體系進(jìn)行界面增容，結(jié)果表明，隨著CPE含量的提高，動(dòng)態(tài)硫化體系的斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度均顯著提高，且當(dāng)CPE含量為6 phr時(shí)，與未增容體系相比，以上性能分別提高了601.6％、167.6％及165.8％。FE-SEM研究表明，增容后HDPE/NBR TPV的斷面更為平坦，界面結(jié)合更加緊密，且韌性撕裂帶的尺寸減小，表明CPE可以提高動(dòng)態(tài)硫化體系的彈性回復(fù)能力;刻蝕TPV的表面可觀察

10、到均勻分散的NBR硫化膠粒子，CPE的加入有效降低了NBR粒子的尺寸，并促進(jìn)了NBR相在基體中的分散。溫度掃描模式下的DMA研究表明，加入CPE后NBR相的Tg向高溫方向偏移，表明CPE可以改善HDPE及NBR之間的界面相容性;應(yīng)變掃描模式的DMA研究發(fā)現(xiàn)HDPE/CPE/NBR TPV表現(xiàn)出明顯的Payne效應(yīng)。單軸循環(huán)壓縮試驗(yàn)表明，HDPE/NBR動(dòng)態(tài)硫化體系中CPE的引入可顯著降低體系的最大壓縮應(yīng)力、瞬時(shí)殘余壓縮永久變形、內(nèi)耗、t

11、anδ和應(yīng)力軟化因子。
　　(7)以交聯(lián)聚丙烯酸鈉(CPNaAA)為吸水材料，通過動(dòng)態(tài)硫化法分別制備了基于ABS/NBR及HDPE/NBR共混型TPV的新型WSR。結(jié)果表明，WSR的應(yīng)力-應(yīng)變行為均表現(xiàn)出“軟而韌”的彈性體特征;隨著CPNaAA含量的增加，WSR的強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但吸水率和吸水速率獲得顯著提高，且當(dāng)CPNaAA含量大于40 phr時(shí)增加顯著。當(dāng)CPNaAA含量為70 phr時(shí)，ABS/CM/NBR/CPNaAA W

12、SR室溫下95 h即達(dá)到吸水率369.8％的吸水平衡狀態(tài);而室溫下HDPE/CPE/NBR/CPNaAA WSR55 h即達(dá)到吸水平衡狀態(tài)，此時(shí)吸水率高達(dá)956.7％。與第一次吸水時(shí)相比，ABS/CM/NBR/CPNaAA及HDPE/CPE/NBR/CPNaAA WSR的二次及三次初始吸水速率顯著提高但失重率明顯降低。FE-SEM觀察表明，CPNaAA在TPV基體中分散均勻，但與TPV之間的界面作用較弱;吸水WSR經(jīng)干燥后，其表面出現(xiàn)明

13、顯的縫隙和孔洞，這導(dǎo)致了二次及三次初始吸水速率的加快。
　　(8)采用熔融共混法制備了ABS/WNBRP及HDPE/WNBRP TPE，并在基體相中引入CPE對(duì)TPE進(jìn)行了界面增容研究。結(jié)果表明，CPE的加入可顯著提高系列TPE的斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度及撕裂強(qiáng)度，但硬度變化不大;加入CPE增容劑后的TPE的拉伸斷面形貌較為平整，觀察不到明顯的膠粉脫落及相分離現(xiàn)象。單軸循環(huán)應(yīng)力加載-卸載研究表明，ABS/CPE/WNBRP及HDPE/