EPDM_PP热塑性弹性体的制备及性能研究

收稿日期:2000-03-14。

作者简介:卢凌戈,26岁,毕业于福州大学化工系,助理工程师。

EPDM/PP 热塑性弹性体的制备及性能研究

卢凌戈

(福建省石化集团公司,

福州,350001)

肖荔人 李爱民 庄锦树

(福建师范大学高分子研究所,福州,350007)

摘要:以充油三元乙丙橡胶(EPDM )、粉状聚丙烯(PP)、超细活性滑石粉为基本材料,采用动态硫化法在单螺杆挤出机组上制备EPDM /PP 共混型热塑性弹性体(T PV);用力学性能试验及动态热流变仪方法测定了EPDM /PP-T PV 的性能。结果表明,当EPDM 充油量为20%~30%时,EPDM 与PP 熔融共混效果好;DCP 用量为1 2%~1 5%时,EPDM /PP 共混体系达到完全动态硫化;超细滑石粉最佳添加量为12%,采用该方法制备的EPDM /PP-TPV 性能稳定,成本下降10%。并讨论了加工条件,认为采用三台单螺杆挤出机组组合生产的产品性能较好。

关键词: 三元乙丙橡胶 粉状聚丙烯 热塑性弹性体 动态硫化 共混 超细滑石粉

共混型热塑性弹性体的开发与应用是当前高分子材料科学发展的新方向,它经历了3个阶段,从简单共混到部分动态交联共混(T PO)再发展到完全动态交联共混(TPV)。采用动态硫化法使EPDM/PP 完全交联(TPV ),它比传统的TPO 有更优异的强度、高温机械强度、耐热性和耐油性能,而且有良好的压缩永久变形和弹性,大大拓宽了热塑性弹性体的应用领域。近年来,国内文献报道了一些EPDM /PP 就地硫化 及共混物的相形态结构与性能的关系的研究[1,2],但一般采用密炼机和双螺杆挤出机工艺生产,成本较高。本文介绍经过特殊配方设计,采用双辊开炼机和单螺杆挤出机组制备EPDM/PP -TPV 工艺,实现了投资低、设备大众化、工艺操作简单的生产要求,有助于EPDM /PP-TPV 的生产和应用。

1 实验部分

1 1 工艺流程(见图1)

图1 EPD M/PP-TPV 制备工艺流程图1 2 生产设备

生产设备主要有双辊开炼机(SK 160B 型)、捏合机(GRH 10型)、单螺杆挤出机组(SJ 65型)。1 3 基本配方

PP,30份;充油EPDM,70份;DCP(过氧化二异丙苯)适量;超细滑石粉适量;其他助剂适量。

2 结果与讨论

2 1 EPDM 的充油量对EPDM/PP-TPV 性能的影

响

表1是用不同充油量的EPDM 生产的EPDM/PP-TPV 的性能。

表1 EPDM 充油量与TPV 性能关系

性能

EPDM 充油量,%0

10203040拉伸强度/M Pa 10815206断裂伸长率,%320430560640300永久变形,%10151088硬度(邵氏)

70

61

66

63

55

由表1数据可见充油量在20%~30%,TPV 性能最佳。这是由于EPDM 的分散程度和界面层结构是影响EPDM /PP-TPV 性能的内在因素,PP 与

EPDM 的表面张力和溶解度参数都很相近,采用动

4 现 代 塑 料 加 工 应 用M oder n Plastics Processing 第12卷第5期

态硫化工艺加工时其共混效果主要取决于动力学因素,如:粘度、温度、剪切力和时间等。EPDM 粘度

大,而且其粘度对温度不敏感,在PP 熔融温度下EPDM 粘度比PP 粘度大很多,充油可降低EPDM 粘度,有利于EPDM 与PP 相容、分散。实验结果表明,EPDM 充油量大于20%时,才能保证在EPDM 与PP 熔融共混时符合粘度相近原则。但添加的油与PP 相容性较差,过量的油会影响PP 的性能。2 2 交联密度对TPV 性能及塑化特性的影响 表2为不同DCP 用量的EPDM /PP 共混物性能。

表2 DCP 用量与EPDM/PP 共混物性能关系

性能

DCP 用量/份0

0 51 01 52 0凝胶含量,%3880909396橡胶抽出量,%30 010 06 02 50交联密度,%00 230 580 720 95硬度(邵氏)7072747585拉伸强度/M Pa 6.610 015 028 020 0断裂伸长率,%190250380480290永久变形,%

30

20

15

10

10

从表2可看出动态交联对共混物力学性能有影响较大。当DCP 用量为1 5%时,力学性能达到最高值,橡胶抽出量为2 5%。根据C P Rader 理论,橡胶的溶剂抽取量低于3%时,橡胶已达到高度交联状态,由此说明DCP 为1 5%时,EPDM/PP 已完全动态硫化[3]。

2 3 PP 的流动性对EPDM/PP-T PV 性能的影响

表3 PP 的MFR 与TPV 性能的关系

性能

M FR /g (10m i n)-1

0 3

1 23 85 83 8粘流温度t f / 165165162159160拉伸强度/M Pa 8.59.811.715.215.0断裂伸长率,%

390

450

500

600

580

从表3看出,随PP 的MFR 增大,EPDM /PP-T PV 的力学性能提高。原因是高MFR 的PP 能在较低温度下与充油EPDM 熔融共混,其相同粘度共混温度的范围更宽,这有利于EPDM 充分分散到PP 中;虽然小本体粉状PP 的力学性能比粒状PP

差,但用小本体粉状PP 生产T PV,其性能与用粒料PP 性能相当。这是因为粉状PP 在EPDM 塑炼充油时添加均匀,有利于EPDM 与PP 共混均匀。2 4 超细滑石粉对TPV 性能的影响

在EPDM 增韧改性PP 体系中,普通滑石粉对PP 起辅助补强作用。但在EPDM/PP-TPV 体系中添加3%滑石粉就使拉伸强度和断裂伸长率急剧下降。这是因为滑石粉在T PV 体系中,流动性较差,不易分散在基体中。

经过筛选后,选择一种超细活性滑石粉,其结果如图2所示,随着超细滑石粉添加量的增加,T PV 材料的断裂伸长率、拉伸强度均增加,当添加量为12%左右时,达到极大值。此后,随滑石粉添加量增加,这两种性能急剧下降。这可能是由于超细滑石粉并不是以分散相形式直接分散在PP 基体上,而是在EPDM 交联时作为交联中心使EPDM 分散更细小、更均匀,这种包核结构有效地降低了EPDM 分散粒径,从而减小了EPDM 微细颗粒间间距,既增韧TPV 又可提高其应力。

图2 滑石粉用量对TPV 性能影响

2 5 制备EPDM/PP-TPV 的工艺路线探讨 由于EPDM 的弹性行为而难以均匀分散,制备EPDM/PP 动态硫化物一般选用双螺杆挤出机,而

选用如下的工艺路线同样取得较好的共混效果。第一步:在辊筒式混炼机上塑炼充油,并使各组分充分预分散。

在辊筒式混炼机上塑炼EPDM,升温到80~100 时充油,然后添加粉状PP 、抗氧剂、防老剂和DCP 等,再用平板切粒机造粒。

采用薄通塑炼可使EPDM 门尼粘度明显下降。由于EPDM 化学性质稳定,塑炼时分子链不易断裂,可把温度升高至80~100 薄通塑炼,增加其可塑性,有利于吸油。此时添加粉状PP,由于PP 不

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