HIPS/BR TPV及HIPS/WGRT TPE的制备、结构与性能研究

摘要

本研究采用动态硫化法分别制备了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/顺丁橡胶(BR)共混型热塑性硫化胶(TPV)及高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/废旧胶粉(WGRT)共混型热塑性弹性体(TPE)。系统研究了不同组分配比、界面增容及制备工艺对共混体系机械力学性能和微观结构的影响,并对TPV的动态黏弹行为进行了深入研究,研究结果如下:
　　(1)采用不同加料方式制备了系列HIPS/BR动态硫化体系,力学性能的洲试结果表明,母胶法为最佳工艺路线;通过改变橡塑比,制备出系列HIPS/BR动态硫化产物,当HIPS/BR的共混比在30/70～70/30的范围内,其动态硫化产物均未表现出弹性体的特征;在动态硫化中加入EVA,体系的拉伸强度和撕裂强度略有下降,但动态硫化过程的加工性获得显著改善。
　　(2)采用SBS对HIPS/EVA/BR体系进行增容研究,当SBS加入量大于4 phr时,产物即呈现出典型的弹性体特征;HIPS/EVA/BR TPV力学性能在SBS含量为8～12 phr时最佳;增容后TPV的拉伸断面平滑,表现出良好的弹性回复;刻蚀后TPV的表面可观察到BR硫化橡胶相的尺寸为3～10μm且分布均匀;RPA的研究表明,TPV的储能模量随应变振幅增加发生大幅度的降低;损耗模量在形变约为10%时出现峰值;SBS的加入强化了界面强度且明显削弱了Payne效应,损耗因子呈增大的趋势。
　　(3)采用炭黑对TPV的橡胶相进行增强改性,当炭黑填充量在0～80 phr的范围内时,动态硫化产物均表现出TPE的特征;随着炭黑用量的提高,复合体系的拉伸强度、撕裂强度、邵氏硬度趋于显著提高,断裂伸长率趋于下降,而扯断永久形变则趋于不变;未填充炭黑TPE的拉伸断面上两相界面结合良好;炭黑填充后的TPE的断面起伏较大但较平滑,表明弹性较强。
　　(4)在HIPS/EVA/SBS/BR TPV的基体树脂相中填充芳烃油可以改善动态硫化过程的加工操作性;充油后TPV的硬度和扯断永久形变发生显著降低,同时扯断伸长率获得显著的提高:当芳烃油填充量为40 phr时,TPV表现出较好的综合性能;FE-SEM分析表明,充油TPV的样品拉伸断面比较平整,表明TPV中充入芳烃油后,其扯断形变得到了有效回复;经刻蚀后的TPV表面的BR橡胶粒子外观形貌不规则,粒子尺寸在5～40μm之间;RPA的温度扫描测试表明,随温度的增加,TPV的储能模量逐渐降低,损耗模量出现峰值的位置在TPV树脂相的玻璃化转变温度(Tg)附近:随芳烃油用量的增加,体系的损耗因子和动态黏度显著降低。
　　(5)对于HIPS/WGRT不同配比的HIPS/EVA/WGRT共混体系,当HIPS的含量在35wt.%以下时,复合体系表现弹性形变,且随共混物中HIPS含量的增加,体系的拉伸强度、撕裂强度均增大,同时扯断伸长率则大幅下降;而当HIPS含量超过40wt.%时,产物的力学行为表现为类似塑料的刚性,随着WGRT含量的增加,共混产物的拉伸强度、撕裂强度均呈现下降趋势,而扯断伸长率则是先增大后减小,且当WGRT含量相对复合体系总质量为45 phr时达最大值。
　　(6)采用SBS增容后的HIPS/EVA/WGRT共混体系的机械力学性能获得了显著的改善;当SBS加入量为12 phr时,产物的扯断伸长率和扯断伸长率达到最大值;加入SBS增容剂后的共混产物其拉伸断裂表面形貌较为平坦,表明WGRT与HIPS基体之间的界面结合力得到增强;HIPS/EVA/SBS/WGRT共混体系随应变扫描的动态粘弹行为显示出Payne效应的特征,这一现象与共混物两相的界面结构变化有关,随着SBS用量的增加,Payne效应被削弱使得储能模量降幅减小;研究增容剂SBS对TPE动态粘弹行为的影响可以得出,Payne效应可以表征共混体系界面相互作用的变化情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章 综述

1.1 热塑性弹性体概述

1.1.1 热塑性弹性体的制备方法及分类

1.1.2 热塑性弹性体的发展历程

1.2 动态硫化热塑性硫化胶概述

1.2.1 动态硫化热塑性硫化胶的制备

1.2.2 动态硫化热塑性硫化胶的力学性能

1.2.3 动态硫化热塑性硫化胶的微观结构及其表征

1.2.4 动态硫化热塑性硫化胶的相容性

1.2.5 动态硫化热塑性硫化胶的应用领域及发展前景

1.3 废旧橡胶概述

1.3.1 国内外废旧橡胶概况

1.3.2 废旧橡胶的回收利用方式

1.3.3 废旧轮胎胶粉的研究与应用

1.4 HIPS/BR TPV和HIPS/WGRT TPE的研究

1.5 选题的研究内容、目的及意义

第二章 HIPS/BR TPV的制备、结构与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验主要原料

2.2.2 主要仪器设备

2.2.3 样品制备

2.2.4 性能测试

2.3 结果与讨论

2.3.1 TPV的制备工艺及组成对性能的影响

2.3.2 HIPS/BR TPV微观相结构的形态演变

2.3.3 HIPS/BR系列TPV的动态黏弹行为

2.4 本章小结

第三章 HIPS/WGRT TPE的制备、结构与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验主要原料

3.2.2 主要仪器设备

3.2.3 样品制备

3.2.4 性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 TPE的制备工艺及组成对性能的影响

3.3.2 SBS为变量的HIPS/EVA/SBS/WGRT TPE的动态黏弹行为

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间的获奖情况