功能型EVA/SBR TPV及EVA/EVM TPV的结构与性能

摘要

本研究采用动态硫化法制备出乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/丁苯橡胶(SBR)共混型热塑性硫化胶(TPV)，对其力学性能、微观形态结构、动态硫化过程中橡胶相的形态演变、Mullins效应及其可逆回复、压缩永久变形及其可逆回复等黏弹行为进行了系统的研究，并考察了橡塑比以及橡胶相的增强对TPV性能的影响；采用金相砂纸为模板，通过对EVA/SBR TPV表面的模压复型，获得了具有微米粗糙结构的表面，接触角显著提高。采用熔融共混法制备了EVA-炭黑(CB)/苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)复合体系，研究了其PTC行为。此外，采用动态硫化法制备了EVA/乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(EVM) TPV，研究了其力学性能、微观结构以及拉伸模式下的 Mullins效应，并在此基础上，通过向橡胶相中引入交联聚丙烯酸钠(CPNaAA)，获得了吸水膨胀型 TPV，并对其力学性能以及吸水性能进行了表征。主要研究结果如下：
　　(1)采用动态硫化法制备了系列橡塑比的EVA/SBR TPV，当EVA/SBR的质量共混比为30/70~40/60时，所制备的TPV表现出较好的综合性能；对动态硫化过程中的取样进行选择性刻蚀，之后采用FE-SEM观察到了动态硫化过程中橡胶相的形态演变，随着动态硫化时间的增加，橡胶相在交联的同时被逐渐撕裂成碎块，并最终演变成为分散相，当动态硫化时间为8 min时，橡胶相呈现出稳定的类球状形貌，其粒径大小为3~6μm；分散相的尺寸随着动态硫化时间的增加而逐渐减小，TPV的力学性能获得改善。
　　(2)通过在EVA/SBR TPV的橡胶分散相中填充CB对TPV进行了增强研究，随着CB填充量的增加，TPV的拉伸强度、撕裂强度以及邵A硬度均有所增加，但断裂伸长率和扯断永久变形逐渐减小，当CB填充量为40 phr时，拉伸强度达到最大值；采用聚烯烃弹性体(POE)取代EVA/SBR TPV的部分树脂相EVA，当EVA/POE/SBR的质量共混比为25/5/70时，TPV综合性能最佳，表现出较低的硬度以及较高的断裂伸长率；在EVA/POE/SBR TPV的橡胶相中填充CB，随着CB填充量的增加，TPV的拉伸强度、撕裂强度以及邵A硬度逐渐增加，断裂伸长率和扯断永久变形逐渐减小，CB对EVA/POE/SBR TPV具有较好的增强效果。
　　(3)研究了EVA/SBR TPV在拉伸、压缩两种模式下的Mullins效应。Mullins效应的研究表明，在相同的应变下，最大拉伸(压缩)应力及内耗的最大值出现在第一次拉伸(压缩)，但在第二次拉伸(压缩)过程时即出现显著的下降，而在随后的拉伸(压缩)过程中，仅发生略微的下降。相同应变下的残留应变则随着拉伸(压缩)次数的增加而增大。增大应变时，最大拉伸(压缩)应力、内耗及残留应变均显著增大。EVA/SBR TPV与 EVA/POE/SBR TPV的拉伸 Mullins对比研究表明， EVA/POE/SBR TPV具有更低的内耗值，即POE的加入可以显著增加TPV的弹性；EVA/SBR TPV与 EVA/SBR/CB TPV的压缩 Mullins对比研究表明， EVA/SBR/CB TPV具有更高的内耗值。CB增强SBR硫化胶的Mullins效应的放大器效应的研究表明，增大压缩应变和提高CB含量，均可表现出Mullins效应的“放大效应”。对EVA/SBR TPV及EVA/SBR/CB TPV的压缩Mullins的可逆回复及其机制的研究表明，在室温条件下，特定压缩比下的最大应力仅能部分得以恢复，提高热处理温度有利于促进Mullins效应的可逆回复；当热处理温度为80 oC时，EVA/SBR TPV的可逆回复效果最佳。
　　(4)对系列橡塑比的EVA/SBR TPV的压缩永久变形及其可逆回复进行了研究，实验结果表明，增加橡胶相含量和提高热处理温度，均有利于促进TPV的压缩永久变形的回复；对压缩永久变形可逆回复的机制进行了探讨，并采用广义Maxwell模型对压缩永久变形的可逆回复过程进行了描述，定量研究了橡塑比和热处理温度对可逆回复各阶段松弛时间以及松弛活化能的影响。
　　(5)采用不同目数的砂纸为模板，对EVA/SBR TPV的表面进行模压复型，构建了具有微米级结构的粗糙表面，对其接触角进行了测试，实验结果表明，构建的粗糙表面可以显著提高接触角。
　　(6)采用动态硫化法制备了系列橡塑比的 EVA/EVM共混体系，对其力学性能、微观形态结构以及拉伸 Mullins进行了研究。实验结果表明，当 EVA/EVM的质量比为30/70~40/60时，TPV具有较好的综合力学性能。通过向橡胶相EVM中引入吸水材料 CPNaAA，制备吸水膨胀型 TPV，随着 CPNaAA含量的增加， TPV的力学性能下降明显，但吸水率获得显著提高，当 CPNaAA含量为60 phr时，288 h时TPV的吸水率可高达756％。
　　(7)采用熔融共混法制备了不同质量比的 EVA/CB/SEBS复合体系，分别对EVA、SEBS的体积膨胀行为进行了测试，并对 EVA/CB/SEBS复合体系的 PTC行为进行了研究。结果表明，随着体系中SEBS含量的增加，体系的电阻率逐渐增大但PTC效应得到了弱化；通过体积膨胀-温度曲线的演变规律探讨了体系的PTC行为的形成机制。

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符号说明

第一章 综述

1.1 热塑性硫化胶概况

1.2 热塑性硫化胶的制备

1.3 热塑性硫化胶的结构表征

1.4 热塑性硫化胶的性能表征

1.5 基于TPV的功能高分子的制备及性能

1.6 选题目的及意义

第二章 EVA/SBR TPV的制备、结构与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 基于EVA/EVM 的TPV的探索研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 EVA基电工材料制备探索

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

创新点

参考文献

致谢

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