动态硫化HDPE/EPDM及POE/EPDM复合体系的制备、结构及性能研究

摘要

本研究采用动态硫化方法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/三元乙丙橡胶(EPDM)及聚烯烃弹性体(POE)/三元乙丙橡胶(EPDM)共混型热塑性硫化胶(TPV),系统研究了组分及制备工艺对TPV微观结构、机械力学性能的影响,并对TPV动态黏弹行为、应力松弛行为、返炼及老化等性能进行了深入研究;并对尼龙-6的多次屈服成颈行为及其球晶形貌进行了研究。研究结果如下:
　　 (1)通过改变原料组成、配比及加工工艺等,制备了一系列HDPE/EPDMTPV,对其力学性能及微观相态进行了研究。在保持热塑性硫化胶一定的弹性、强度及硬度较低的前提下,HDPE/EPDM TPV的最佳共混比为40/60。
　　 (2)研究了POE、烷烃油等对HDPE/EPDM TPV树脂相的增塑效果,着重研究了对动态硫化胶的弹性、永久形变、硬度及力学性能的影响。研究发现,对于基体中加入POE的HDPE/POE/EPDM TPV,TPV的硬度和扯断永久形变都明显降低;HDPE/POE/EPDM TPV基体中填充烷烃油可以显著改善动态硫化过程的操作性,并获得了显著降低硬度的TPV产品。在HDPE/POE/EPDM TPV体系橡胶相中填充炭黑,随着填充量的逐渐增加,TPV的力学性能明显增强,继续增加填充量,TPV的力学性能又有所降低。
　　 (3)HDPE/POE/EPDM TPV体系的动态黏弹行为的测试表明,随着扫描频率的增加,链段运动跟不上外力变化,表现为TPV刚性增强,储能模量呈线性增长,损耗模量先升高后降低,损耗因子趋于下降;增加TPV中POE的含量,使树脂相大分子间的内摩擦力变小,链段运动能力显著增强,其储能模量和损耗模量均明显降低,而损耗因子变化则不大。
　　 (4)观察了HDPE/EPDM TPV拉伸断面的形貌,发现HDPE树脂相在拉伸断裂过程中于断面处形成了成簇的纳米级微纤维。对TPV体系进行刻蚀实验并观察了其微观结构形貌。结果表明,TPV体系中HDPE树脂相结晶形成层叠交错的片状结构,而橡胶相分布于这些片层结构的缝隙中。这种结构使得TPV中两相界面面积很大,能够形成很强的界面结合力,对于TPV力学性能的提高非常有利。
　　 (5)对HDPE/POE/EPDM TPV体系经返炼及紫外加速老化后的力学性能进行了初步研究。结果表明,在本研究范围内,返炼及紫外加速老化对动态硫化体系的性能影响不大,表明其具有良好的重复加工性和耐老化性。
　　 (6)采用动态硫化方法制备了POE/EPDM TPV,较纯POE而言,POE/EPDMTPV具有较低的硬度和显著降低的永久形变;相比于酚醛树脂硫化体系,采用硫磺硫化体系时,TPV中EPDM分散相的尺寸更小,分散性更好,TPV具有更为优异的力学性能;TPV的应力松弛速率随体系中EPDM含量的提高而降低;RPA测试结果表明,POE/EPDM TPV的储能模量高于纯POE,但随着TPV中EPDM含量的增加而降低,另外,随着扫描频率的增加,TPV的储能模量呈线性增长,损耗模量略有升高,而损耗因子变化不大。
　　 (7)对于尼龙-6的多次屈服成颈行为及其球晶形貌进行了研究。结果表明:在拉伸速率低于50mm/min的条件下,可观察到尼龙-6明显的多次屈服成颈行为,这应与拉伸条件下球晶形成的微纤维的缺陷有关;采用生物显微镜,可观察到尼龙-6球晶中的发射状微纤、球晶形貌和晶界。