高性能均孔EPDM泡沫材料的制备及性能研究

摘要

三元乙丙橡胶(EPDM)泡沫材料具有优异的缓冲、密封、隔热、隔音等性能，可应用于建筑、交通运输、包装等领域。目前，国内外普遍采用硫化与发泡同时进行的方法来制备EPDM泡沫材料，其不足是硫化速率和发泡速率匹配困难，难以获得均匀、细小的泡孔结构。为了解决这些问题，必须探索硫化与发泡的新途径。
　　 本论文采用特殊配方，利用加速器产生的电子束引发EPDM胶料的交联反应，使硫化能够在室温下得以完成，之后再模压加热发泡，通过硫化与发泡分步化解决了传统技术存在的问题。在此基础上采用纳米改性和电子束后期辐照引发固相交联反应等技术途径，进一步提高材料的力学性能，制备了高性能均孔EPDM泡沫材料，并分析研究了产物的微观结构和相关性能。
　　 在辐射硫化过程中，对于纯EPDM，随着吸收剂量增加，凝胶含量逐渐提高，拉伸强度先增加后减小，表明提高吸收剂量无法实现材料高性能化。多官能团单体(PFM)的加入可使胶料在较低的吸收剂量下达到凝胶含量的饱和以及拉伸强度的极大值，且三甲基丙丙烯酸三羟甲基丙烷酯(TMPTMA)比二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)的敏化效果更好。纳米二氧化硅可增加EPDM的凝胶含量，在本文实验范围内混炼胶料的拉伸强度随着吸收剂量增加而持续提高，表明纳米粒子的加入可实现EPDM的高性能化。
　　 通过实验确定了未加填料的EPDM的最佳模压发泡条件(175℃下发泡4min)，研究了影响泡沫材料结构和性能的关键因素，结果表明：发泡剂合适的用量确定为6phr，用量过少则泡孔数量少，泡体密度高，用量过多易出现泡孔合并和破裂现象，泡体密度升高。随着吸收剂量增加，孔径减小，并在吸收剂量达到30kGy时，出现均孔化，而拉伸性能持续增加。一系列扫描电镜图片表明，辐射硫化法制备均孔EPDM泡沫材料是切实可行的。
　　 将纳米二氧化硅填充型EPDM进行硫化和发泡时，采用γ射线辐照不易获得均匀细密的泡孔结构。将多种发泡剂进行对比，采用AC5000时，泡孔结构和力学性能最好，但是其用量不能超过6phr。石蜡油可改善胶料的加工性，但用量大于5phr后，泡体结构和性能遭到破坏。随着纳米二氧化硅用量的增加，孔径减小，在30phr时出现微孔化。
　　 本论文的另一独特之处在于己成孔EPDM的后期辐射交联强化处理。通过优化工艺条件和配方，并经后期辐射交联处理后，制备的EPDM泡沫材料的孔径仅为13μm，拉伸强度高达2.6MPa，断裂伸长率达2093％。EPDM基材本身具有优异的耐候、耐老化特性，本工作所发展的制备技术，通过控制合适的条件能够获得高强度和微孔分布均匀的特种材料，与传统方法所得EPDM泡沫材料相比，其力学性能更为优良，且在泡孔成型以及后期强化过程中均不必使用传统技术中必用的具毒性的或强腐蚀性的过氧化物引发剂或者硫化促进剂等，不存在影响材料抗老化性能、电绝缘性能或者影响人类健康的残留物，是一种环境友好的新材料，在医疗器械、特种兵器、航空航天等领域具有广泛应用前景。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 泡沫材料

1.1.1 泡沫材料的定义及分类

1.1.2 泡沫材料的性能

1.1.3 泡沫材料的应用

1.1.4 发泡成型基础理论

1.1.5 发泡方法及成型工艺

1.2 EPDM泡沫材料

1.2.1 原料配合

1.2.2 EPDM泡沫材料的研究现状

1.3 本文研究目的和内容

2 实验内容与方法

2.1 主要原料

2.2 主要仪器与设备

2.3 工艺流程

2.3.1 混炼

2.3.2 压片

2.3.3 辐射硫化

2.3.4 模压发泡

2.3.5 后期辐射交联

2.4 分析与测试

2.4.1 凝胶含量的测定

2.4.2 密度测试

2.4.3 拉伸性能的测定

2.4.4 扫描电镜分析

2.4.5 硬度测试

2.4.6 热重分析

3 EPDM的辐射硫化

3.1 吸收剂量的选择

3.2 多官能团单体的选择

3.3 纳米粒子的补强效应

3.4 本章小结

4 均孔化EPDM泡沫材料的研制

4.1 发泡条件的影响

4.1.1 发泡温度对密度影响

4.1.2 发泡时间对密度影响

4.2 发泡剂用量的影响

4.2.1 发泡剂用量对结构的影响

4.2.2 发泡剂用量对密度的影响

4.2.3 发泡剂用量对力学性能的影响

4.3 吸收剂量的影响

4.3.1 吸收剂量对结构的影响

4.3.2 吸收剂量对密度的影响

4.3.3 吸收剂量对力学性能的影响

4.4 本章小结

5 高性能EPDM泡沫材料的研制

5.1 辐射源的选择

5.1.1 不同辐射源下吸收剂量对结构的影响

5.1.2 不同辐射源下吸收剂量对力学性能的影响

5.2 发泡剂种类和用量的影响

5.2.1 发泡剂种类的影响

5.2.2 发泡剂用量对结构与性能的影响

5.3 石蜡油用量的影响

5.3.1 石蜡油用量对结构的影响

5.3.2 石蜡油用量对密度的影响

5.3.3 石蜡油用量对性能的影响

5.4 纳米粒子种类和用量的影响

5.4.1 纳米粒子种类的影响

5.4.2 纳米二氧化硅用量的影响

5.5 后期辐射交联对力学性能的影响

5.6 部分样品与国内外同类样品的比较

5.7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果