粉末丁腈橡胶改性软质PVC的性能研究

研究 开发
弹性体,2010 04 25,20(2):29~31
CH IN A EL A ST O M ERICS
收稿日期:2009-11-25
作者简介:徐文总(1967-),男,安徽枞阳人,副教授,在读博士,主要从事橡胶、塑料加工及阻燃高分子材料方面的教学和研究工作。

*安徽省科技厅经费支持项目(0902023064)
粉末丁腈橡胶改性软质PV C 的性能研究
*
徐文总1,2,陆 波1,杜先柄1,殷建国1
(1.安徽建筑工业学院材料科学与工程系,安徽合肥230022;2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,
安徽合肥230026)
摘 要:以粉末丁腈橡胶作为改性剂,通过正交实验的方法,研究了增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(D OP)、粉末丁腈橡胶P83、轻质CaCO 3对软质聚氯乙烯(PV C)力学性能和加工性能的影响。

结果表明:DOP 在常温和热老化的情况下,对伸长率影响最大;P 83对常温下拉伸强度、耐油情况下的扯断伸长率影响最大;CaCO 3不论是在什么条件下对性能的影响都不是最主要的。

综合考虑力学性能和加工性能,3种因素的最佳水平组合应为A 2B 2C 2,即DOP 60份、P8320份、CaCO 320份时最好。

关键词:粉末丁腈橡胶;PV C;正交实验;共混改性
中图分类号:T Q 333.7;T Q 325.3 文献标识码:A 文章编号:1005 3174(2010)02 0029 03
软质聚氯乙烯(PVC)的外观类似于橡胶,具
有较好的柔软性和回弹性,由于其同时具有加工方便,不需要炼胶设备和硫化工序、可直接进行挤出或注射成型的特点,因此,已被广泛应用于国民经济的各个领域,如用来生产电线电缆、汽车密封
件和燃油胶管等[1,2]。

软质PV C 中增塑剂常用邻苯二甲酸二辛酯(DOP),由于其相对分子质量小,容易析出,因此制品的耐油性较差;用粉末丁腈橡胶对软质PV C 进行改性,改性后物理性能的变化已有文献报道[2],但PV C 改性后加工流变性能变化的文献报道并不多见。

本文中以轻度交联的粉末丁腈橡胶作为改性剂,用正交设计的方法,通过实验测定分析,讨论了软质PVC 中3种主要材料:增塑剂DOP 、改性剂粉末丁腈橡胶、填料CaCO 3在不同的条件下对其物理性能的影响。

同时通过对表观粘度的测定、分析,讨论了3种材料对加工流变性能的影响。

1 实验部分
1.1 主要原材料
PVC(SG3型):北京化二股份有限公司;DOP:泰安龙腾化工有限公司;粉末丁腈橡胶
(P83):美国Goody ear 公司;轻质CaCO 3(平均粒径1~3 m ):安徽三清钙业有限公司;其它助剂均为国产市售。

1.2 主要设备及仪器
高速混合机(SH R-10A 型):张家港华明机械厂;双螺杆挤出机(H T -30型):南京橡塑机械厂;注射机(H M D-120型):杭州华美达公司;流变仪(长径比40/1):吉林大学仪器设备厂;电子拉力试验机(REGER3010型):深圳瑞格尔公司。

1.3 实验配方
本实验采用正交设计法进行配方设计,把增塑剂DOP 、改性剂粉末丁腈橡胶P83、填料轻质CaCO 3确定为影响软质PVC 性能的3个主要因素,进行三水平实验,即DOP:50份、60份、70份;P83:10份、20份、30份;CaCO 3:10份、20份、30份。

选用L 9(34)正交表,具体见表1。

表1 实验选用的正交表1)
实验号A(DOP)B(P83)C(CaCO 3)空列11(50)1(10)1(10)1212(20)2(20)2313(30)3(30)342(60)123522316231273(70)132832139
3
3
2
1
1)实验中其余组分(质量份):PVC 100,二盐2,三盐2,硬脂酸1.2,喷雾炭黑3,其它助剂1.5。

1.4 样品制备及测试
PVC与各种配合剂先经过高速搅拌机混合,用双螺杆挤出机造粒,再用注射机注射成型制备出标准样条进行有关实验,具体制备过程如下:首先,PVC、CaCO3在高搅机中预混5min,预混结束后,在70~80 条件下加入DOP、稳定剂等小料,混合至物料为松散状态,之后降低料温至40 以下,加入P83再混合均匀,最后出料。

将混合料在挤出机中挤出造粒,用粒料测定流变性能,同时在注射机中用注射的办法制备出标准样条,用于测定有关的物理性能。

用流变仪测定物料的表观粘度时实验温度为180 。

耐热、耐油实验条件:70 168h,实验用油为1#标准油。

物理性能中硬度执行GB/T531 1999 橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法 标准;强度和伸长率执行GB/T528 1998 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定 标准。

2 结果与讨论
2.1 实验结果
根据表1正交表设计的9个配方,进行表观粘度及常温、耐热、耐油条件下物理性能测定,具体结果见2。

表2 物理性能实验结果
性能测试
实验号
123456789
流变性能实验表观粘度/(Pa s)1875391158242265366168175257常温物性实验拉伸强度/M Pa12.1710.8510.4512.2610.3510.4511.2711.0811.01扯断伸长率/%211196245234269242276261281
邵尔A硬度868483838277767171热老化物性实验拉伸强度/M Pa12.2312.1812.1212.669.869.8211.0611.5111.77扯断伸长率/%203241240236232236259245266
邵尔A硬度908885838378787575耐油物性实验拉伸强度/M Pa14.2813.8111.2913.8812.8411.4711.3711.1212.51扯断伸长率/%187201221204196213193205238
邵尔A硬度939290878886858382
2.2 数据分析
在正交实验中,影响性能的主、次因素是通过极差值R来确定的,若R值大即为主要因素,若R值小则为次要因素,以表观粘度为例,极差分析见表3。

表3 表观粘度极差分析
实验号A B C空列y1 11111187
21222539
313331158
42123242
52231265
62312366
73132168
83213175
93321257
K1J1884597728
K2J8739791038
K3J62817811591
k1625199243
k2291326346
k3200594530
R428395287
主次顺序A-B-C
由表3计算分析的结果可知,3种因素A、B、C即DOP、P83、CaCO3对软质PVC混合料表观粘度影响的程度是不一样的,极差值R分别为428、395、287,从而可知,因素C影响最小,因素A影响最大,因素B的影响比因素C大、比因素A小,同时也可以看到,因素B与因素A相比对表观粘度的影响虽小,但差别不是很大;总体上,因素A、B、C对混合料表观粘度影响的主次顺序应为A-B-C。

用同样的方法,对常温、耐热、耐油3种环境条件下因素A、B、C对软质PVC混合料物理性能的影响进行极差分析,结果见表4。

由表4物理性能极差分析结果可知:就硬度而言,无论是在常温情况下,还是在热老化或耐油情况下,3种因素对其影响的主次顺序均为A-B -C,并且从极差R值可以看出,因素A的影响是非常的明显,而相比较而言,因素C的影响很小,不太明显。

就拉伸强度而言,从直观上分析在3种不同的实验条件情况下,3种因素的最佳水平组合都是A1B1C2,A、B、C3种因素对其影响的程
30
弹 性 体 第20卷
度是不一样的,从极差R值方面来看,在热老化和耐油实验条件下,尽管三者对其影响的主次顺序不一样,但总体上来说,差别不是很大;在常温的情况下,A、B、C3种因素影响的主次顺序为B-C-A,R值分别为1.26、0.68、0.14,很显然B的影响最大,是主要的因素,并且其影响是较明显的。

表4 物理性能极差分析结果
实验条件
拉伸强度/M Pa
A B C
扯断伸长率/%
A B C
邵尔A硬度
A B C
常温实验k111.2611.911.23217240238848278 k211.0210.7611.37248242237817979
k311.1210.6410.69273256263737780
R0.14 1.260.685616261152主次顺序B-C-A A-C-B A-B-C
热老化实验k112.1811.9811.19228233228888481 k210.7811.1812.2235239248818282
k311.4511.2411257247244767982
R 1.40.8 1.22914201251主次顺序A-C-B A-C-B A-B-C
耐油实验k113.1313.1812.29203195202928987 k212.7312.5913.4204201214878887
k311.6711.7611.83212224203848688
R 1.46 1.42 1.5792912831主次顺序C-A-B B-C-A A-B-C
就扯断伸长率而言,从直观上分析在3种不同的实验情况下,3种因素的最佳水平组合常温下是A3B3C3,在热老化和耐油情况下都是A3B3C2,在常温和热老化情况下A、B、C3种因素对其影响的主次顺序都是一样的均为A-C-B,其中A是最主要的因素,但在耐油的情况下,情况有所变化,3种因素对其影响的主次顺序变为B-C-A,其中B变为最主要的影响因素。

3 结 论
以粉末丁腈橡胶作为改性剂,软质PVC中3种主要材料:增塑剂DOP、粉末丁腈橡胶P83、填料CaCO3对其性能的影响程度如何、主次关系究竟怎样,通过以上正交实验得到的数据及极差分析的结果,可以得到结论如下:
(1)填料CaCO3对软质PVC的物理性能影响,除了耐油实验的拉伸强度外,其余的都不是最主要的。

(2)DOP在常温和热老化的情况下,对伸长率影响最大,也就是说,增加DOP的用量,扯断伸长率会明显增大,产品的柔软性和回弹性得到提高。

(3)P83对常温下拉伸强度,耐油情况下的扯断伸长率影响最大,增加P83的用量,耐油情况下的扯断伸长率会明显增大,产品的柔软性和回弹性得到有效改善。

(4)尽管增加P83的用量,耐油情况下的扯断伸长率会明显增大,产品的柔软性和回弹性得到有效改善,但并非越多越好,由于软质PV C在成型的时候,一般都是用挤出或注射的方法,加工时表观粘度是非常重要的一个重要参数,P83对表观粘度的影响是非常大的,增加用量,表观粘度增加明显,对挤出成型时制品的外观、注射成型时的充模都是不利的,这一点在实验时也得到了很好的验证,如3#样在同样条件下制备注射样条时不能得到很好的充模。

(5)综合考虑物理机械性能和加工性能,3种因素的最佳水平组合应为A2B2C2,即DOP60份、P8320份、CaCO320份时,配制的软质PVC 混合料既能获得良好的物理机械性能,同时又具有良好的加工性能。

参 考 文 献:
[1] 苏朝化,樊瑞,裴海燕.90 环保PVC护套料的研制[J].合
成树脂及塑料,2008,25(2):25~27.
[2] 王卫华,胡萍,徐凌,等.汽车窗立柱软边密封材料改性配方
研究[J].润滑与密封,2006,180(8):142~144.
(下转第43页)
31
第2期徐文总,等.粉末丁腈橡胶改性软质P VC的性能研究
rubb er polarity [J ].Journ al of A pplied Polymer Science,2001,81(13):3198~3203.
[6] 吴淑华,涂学忠,单东杰.白炭黑在橡胶工业中的应用[J ].
橡胶工业,2002,49(7):428~433.
[7] 李影兵,王梦娇.白炭黑在橡胶中分散形态的研究[J].橡胶
工业,1993,40(10):610~617.
[8] Drozdov A D,Dorfmann A.T he Payn e effect for particle re
inforced elas tom ers [J ].Polymer Engineerin g and Science,2002,42(3):591~604.
Study on silica segregating in NR/BR blend
CH EN Kun,XIE Xin,WU Jian,GONG H ong guang,JIN Ding ming,YAN G Liu
(L anz hou Center ,P etr ochemical R esear ch I nstitute ,Petr oChina,Lanz hou 730060,China)Abstract:T he influence o f mixing m ethods o n seg regatio n of silica in NR/BR(50/50)blend w as investig ated in this article.The result illustrated that the segregation of silica in each phase of NR/BR blend had been affected by differ ent mix ing m ethods,and then led to g reat diversity of pro perties of the com pounds.The compound,w hich w as get by NR mix ing with masterbatch o f BR and silica,w o uld have less filler netw ork co nstructio n,low er Payne effect and better dispersion of silica.Also,further optimization of m echanical pro perties o f rubber vulcanizate w as achieved w ith mix ing m ethod men tioned above.
Key words:silica;natural rubber;cis poly butadiene;seg reg ation
(上接第31页)
Research on the effect of PNBR on the mechanical and
processing properties of soft PVC blends
XU Wen zong 1,2,LU Bo 1,DU Xian bing 1,YIN Jian guo 1
(1.Dep ar tm ent of Mater ials S cience and Engineer ing ,A nhui I nstitute of A r chitectur e and I n dustry ,H ef ei 230022,China;2.State K ey L abor ator y of Fire S cience,Univ er sity of S cience and Technology of China,H ef ei 230026,China)
Abstract:T he blends o f soft PVC w ith PNBR as modifier w ere prepared.The effects of plasticizer DOP,PNBR(P83)and lig htw eight CaCO 3on the mechanical and processing properties o f the soft PVC blends w ere inv estig ated by the or thog onal ex perimental metho d.The results show ed that amo ng the three effects,the plasticizer DOP w as the most impo rtant factor o n the elongatio n at break at room temperature o r at hot air ag ing ,P83had the m ost important effect o n the tensile streng th at break at room temper ature and o n elongation at break on the oil resistance test,and the lightw eig ht CaCO 3had a relatively unimpo rtant effect o n the proper ties of the blends under any conditio prehensive consider ing the m echanical and processing pr operties,the o ptimal level of com bination of the thr ee fac to rs should be A 2B 2C 2,namely,a mix ture w ith 60parts of DOP,20parts o f P83and CaCO 3each w o uld be the best.
Key words:PNBR;PVC;o rthog onal experiment;blending mo dification
43 第2期陈 坤,等.白炭黑在N R/BR 共混体系中的偏析。