夏 琳1,邱桂学1,吴波震1,刘德良2,王 晔3,于 涛4(1.青岛科技大学高分子科学与工程学院,山东青岛266042;2.中国石油吉林石化公司研究院,吉林吉林132021;3.中国石油吉林石化公司营销储运部,吉林吉林132021;4.中国石油吉林石化公司,吉林吉林132021)
摘 要:研究了白炭黑对POE硫化胶补强性能的影响。结果表明,POE随着交联程度的增加,力学性能逐渐下降;白炭黑对POE硫化胶补强效果显著,其用量20份以上时,拉伸强度、撕裂强度较高,扯断永久变形率明显降低。
关键词:白炭黑;弹性体;POE
中图分类号:TQ 330.38文献标识码:A文章编号:1005-3174(2007)03-0042-02
POE是由乙烯和辛烯共聚而成的一种新型的聚烯烃热塑性弹性体,其本身具有耐低温(脆性温度低于-45℃)和耐老化等优异的性能[1],广泛应用于橡塑工业中,已成为塑料、橡胶行业的重要应用材料。未交联的POE材料耐温等级低(小于80℃),扯断永久变形大(约200%),因此,不能满足受力状态下的工程使用要求。为满足受力状态下工程使用的要求,有必要对聚烯烃弹性体POE进行交联,交联POE的耐热等级和永久变形均比未交联POE有所改善[2]。本实验工作主要是对白炭黑补强POE硫化胶的力学性能进行研究。
1 实验部分
1.1 原材料
POE:牌号Engage 8150,杜邦陶氏化学公司生产;TH-白炭黑:BT-02型,乌海市天源化工有限责任公司生产;其它配合剂均为市售工业产品。
1.2 主要仪器和设备
双辊筒塑炼机:SK-160B,上海橡胶机械厂;平板硫化机XLB:青岛第三橡胶机械厂;平板硫化机:烟台橡胶厂;气压自动切片机:GT-7016-AR,高铁检测仪器有限公司;橡胶硬度计(邵氏A):上海险峰电影机械厂;HD-10厚度计:上海化工机械器厂;拉力试验机:AI-7000M,高铁科技股份有限公司。
1.3 试样制备及测试
双辊筒炼塑机辊温控制在110℃左右,投入POE,待其呈透明状后,加入抗氧剂。放大辊距依次加入抗氧剂等填充剂,待其混匀后,再减小辊距,薄通3~5次。最后按硫化曲线确定硫化时间,在25 t平板硫化机上,于170℃左右加压硫化10~30 min。
1.4 性能测试
拉伸试验及扯断伸长率按GB/T528—92测试,拉伸速率500 mm/min;撕裂试验按GB/T529—91测试,拉伸速率500 mm/min;硬度试验按GB11204—89测试。
2 结果与讨论
2.1 交联剂用量对POE性能的影响
POE的分子链是饱和的,所以需要用过氧化物或辐射交联,本工作选过氧化二异丙苯(DCP)作交联剂,考察其用量对POE力学性能的影响,如表1所示。
从表1可以看出,当POE加入DCP进行交联时,随DCP用量的增加,试样的拉伸强度、扯断伸长率和扯断永久变形率都降低,且由2份增加至4份时,POE硫化胶的力学性能骤减。POE的拉伸强度由最初的13.76 MPa下降到2.82 MPa;扯断伸长率由806.38%降至135.79%。
DCP交联聚烯烃弹性体POE,造成力学性能下降的主要原因是:一定量交联剂的加入可使材料形成网络结构,交联点的存在限制了分子链的运动,当DCP含量提高时,交联点密度提高,破坏了结晶区,当试样受到拉伸时分子链的取向受化学交联键的限制也有所降低,所以交联弹性体的拉伸性能反而远低于物理交联点(物理结晶)很多的未经交联的弹性体。
2.2 DCP用量对白炭黑补强POE硫化胶性能的影响
由上面的实验可以看出,要提高交联POE的力学性能,只加入DCP力学性能满足不了用户要求,必须对材料进行补强。这里采用白炭黑作为补强剂,为了得到补强体系中DCP的最佳用量,在配方中把DCP含量作为变量,填充40份白炭黑进行补强。
表2是DCP用量对POE硫化胶力学性能的影响。可以看出,白炭黑补强POE硫化胶效果很明显,随着DCP用量的增加,拉伸强度先增加后减小;当DCP用量为2份时,拉伸强度达到最大为18.33 MPa,撕裂强度为72.28 MPa。由此可见,白炭黑对POE硫化胶的补强效果十分明显,并发现对白炭黑补强POE硫化胶来说,DCP的最佳用量为2份。
究其原因,可能是由于白炭黑的一次结构形态呈链枝状,表面有大量羟基,主要为硅醇基还有硅氧烷基。当白炭黑填充到交联POE内时,由于白炭黑表面与高分子链之间发生了许多化学物理反应,使白炭黑表面结合了大量的高分子链,形成一定的交联结构。当材料受到拉伸作用时,白炭黑粒子之间的分子链段就会受到力的作用,且其中一根分子链上受到的力可以通过白炭黑粒子传递到其它分子链上,即使白炭黑粒子之间的分子链长短不一,其中的某一根短链发生断裂,其它的链照样起作用,所以白炭黑起到了补强的效果。当DCP用量过多时,材料过度交联,交联点之间的分子链长度变短,可伸展性变差,力学性能降低。
2.3 白炭黑用量对POE硫化胶性能的影响由上面实验看出,交联剂用量为2份时效果最佳,为了进一步研究白炭黑对POE胶料的补强效果,固定DCP用量为2份,考察白炭黑用量对POE力学性能的影响,见表3。
从表3可以看出,随白炭黑用量的增加,硫化胶的拉伸强度基本上先增加后减小,撕裂强度从34.05 MPa增加到80.67MPa,增大的趋势也很明显。由此可见,白炭黑补强效果明显,故在其应用时,可根据综合力学性能的需要选择适当的白炭黑用量。
3 结 论
(1)交联剂DCP用量为2份时,补强POE硫化胶的综合力学性能较好。
(2)白炭黑对POE硫化胶具有非常好的补强效果,其用量20份以上较佳。
