SBR/HIPS热塑性硫化胶的制备、结构及性能研究

摘要

本研究通过动态硫化制备了丁苯橡胶(SBR)/高抗冲聚苯乙烯(HIPS)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的流变行为、动态黏弹行为、应力松弛行为、返炼及热老化等性能进行了深入研究，研究结果如下：
　　 (1)通过改变原料组成、配比及加工工艺等，制备一系列TPV，对其力学性能及微观相态进行研究。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，选择SBR/HIPS TPV的共混比在70/30～60/40之间为宜。
　　 (2)研究了EVA、芳烃油等对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，基体中EVA的加入可以显著改善动态硫化过程的操作性；对于将芳烃油充填到树脂相的SBR/EVA/HIPS型TPV，其硬度降幅相对较大，且扯断永久形变有所减小；由于链段运动能力增强，导致应力衰减的速度明显加快。
　　 (3)TPV体系橡胶相中炭黑增强体的提高，使得TPV体系的力学性能明显增强。随着炭黑用量的增加，应力衰减速率减慢。在频率扫描中，随着炭黑用量的增加，其储能模量下降，损耗因子明显增大；在应变扫描中，较未填充炭黑的TPV相比，随着应变幅度的增加，填充炭黑的TPV体系的储能模量和损耗模量发生下降，但损耗因子变化不明显。所有的体系均观察到明显Panye效应。
　　 (4)SBS对SBR/EVA/HIPS TPV有良好的增容效果。增容后的TPV的拉伸强度在SBS含量为6phr的时候达到最大值，且断裂伸长率以及撕裂强度随着SBS含量的增加而显著提高。RPA的测试表明，扫描频率增加时，储能模量上升，但TPV中SBS含量的增加导致储能模量的降低；增容后的TPV的损耗因子tan8随频率的增加而降低。
　　 (5)SBR/HIPS、SBR/EVA/HIPS、SBR/EVA/芳烃油/HIPS三个体系的熔体流变行为的测试表明，其熔体的表观黏度均随着剪切速率的提高而发生显著下降，表明上述TPV的熔体均为典型的假塑性流体。在较低剪切速率下，TPV的表观黏度远远高于纯HIPS树脂，且随着HIPS树脂含量的提高而发生下降，在较高剪切速率下，TPV的黏度与HIPS的则趋于一致，显示了高剪切速率下的良好的加工成型性；在树脂相中充填芳烃油，可显著改善TPV熔体的流动性。
　　 (6)SBR/EVA/HIPS、SBR/EVA/芳烃油/HIPS、SBR/CB/EVA/HIPS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，储能模量上升而损耗模量下降，损耗因子呈下降趋势；随着EVA和芳烃油的加入，分子间运动能力增强，大分子运动过程中的内摩擦力变小，储能模量发生下降，而损耗因子变化不显著；在温度扫描中，出现损耗峰其位置在TPV树脂相的玻璃化转变温度(Tg)附近，芳烃油的存在增强分子链段运动，并导致Tg的略微降低。
　　 (7)SBR/EVA/HIPS、SBR/EVA/芳烃油/HIPS、SBR/CB/EVA/HIPS体系的应力松弛行为的研究表明，对于本研究中的TPV，其应力松弛由树脂相决定，交联的SBR橡胶粒子为分散相，本身对TPV的应力松弛影响较小。EVA和芳烃油的加入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，在应力松弛曲线中表现为应力衰减速度的加快和应力的减小。
　　 (8)对SBR/EVA/HIPS TPV体系的返炼及热老化的力学性能和微观结构进行了初步研究。结果表明，本研究范围，返炼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型；在热老化条件下，橡胶和塑料都会发生一定程度的老化，并导致老化TPV的拉伸强度增大及伸长率的降低。