动态硫化三元乙丙橡胶/聚丙烯/不饱和羧酸盐复合材料的制备及其性能研究

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热塑性硫化橡胶(TPV)是通过动态硫化方式使橡胶发生交联反应并被剪切成颗粒状分散于塑料连续相中的一种性能优异的特殊热塑性弹性体材料。TPV只需要把现有的塑料和橡胶进行动态硫化,即可获得比简单机械共混更好的性能,此外也满足传统橡胶所不具有的可重复加工和可回收利用的性能,是一种“绿色”的材料。大部分高分子是热力学不相容的,界面相互作用和粘结力较差,从而导致这些高分子的共混材料在载荷作用下易失效。因而,改善高分子界面间的相互作用对共混材料的性能提升非常重要。三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP)TPV是最早进行开发且制造和加工比较成熟的一类TPV,在工业领域也得到大量的应用,虽然具有优异的电绝缘性能、耐臭氧老化性能和加工性能,但是也存在EPDM和PP界面相容性差的问题。不饱和羧酸盐是分子式上带有双键的通常作为橡胶增强剂的一类填料,其在过氧化物自由基引发下可以发生复杂的自聚和接枝反应,对橡胶等材料起到促进交联和补强的作用。本文以不饱和羧酸盐对不相容共混体系的增容为目的,通过向EPDM/PP TPV共混材料中引入丙烯酸镁(Mg MA)或甲基丙烯酸钠(NDMA),通过Mg MA(NDMA)对共混材料的界面进行增容,并通过测试和表征手段从微观结构上系统的研究增容对性能的影响;在研究NDMA增容的基础上,将白炭黑(Si O2)与NDMA并用,加入EPDM/PP共混材料中,探讨了Si O2对TPV的补强作用。研究结果表明,所制备的TPV是以PP为连续相、EPDM为分散相的“海-岛”结构,Mg MA(NDMA)自聚形成Poly-Mg MA(Poly-NDMA),与EPDM和PP分子链接枝,Poly-Mg MA(Poly-NDMA)存在于EPDM相和PP相,从而对TPV体系进行了增强,界面处存在的接枝产物可以对两相起到增容的作用。不饱和羧酸盐的添加提升了EPDM相的交联密度,增强了TPV的性能。随着TPV中不饱和羧酸盐含量的增加,TPV共混物的拉伸强度、100%定伸强度和复数粘度增大,而对断裂伸长率影响不大。此外,不饱和羧酸盐也使TPV具有优良的形状记忆性能,其中形状固定率(Rf)和形状回复率(Rr)的整体保持率可达到90%以上,且不饱和羧酸盐含量越高,形状回复速率越快。在NDMA和SiO2并用的EPDM/PP/NDMA/Si O2 TPV复合材料中,NDMA改进了TPV基体之间的相容性,Si O2提高了TPV的力学性能,其中拉伸强度和300%定伸强度随着Si O2含量的增加大幅度提升,但断裂伸长率变化不大,始终保持在360%以上。此外,NDMA和Si O2的引入也可提高TPV的储能模量和复数粘度,降低应力软化效应。
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