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动态硫化热塑性弹性体(TPV)是采用动态硫化反应共混技术制备的以高含量(50～80%)动态交联的橡胶微粒为分散相、少量热塑性树脂(20～50%)为连续相的热塑性弹性体。TPV同时具备传统橡胶的高弹性及热塑性塑料的可反复加工性和回收再利用性能,从而成为“绿色”化工新材料的重要种类,得到了广泛关注及迅速发展。制备TPV的动态硫化技术的关键在于：如何在机械共混过程中同时使大量橡胶相就地高度交联并精细破碎,实现橡塑两相相态反转?采用传统共混技术只能获得少量塑料相呈分散相、大量橡胶相呈连续相的简单共混物,无法获得独特相态结构的TPV。TPV的力学强度、弹性、加工性能取决于其复杂的微观相态结构,因此揭示动态硫化过程中TPV微观相态结构的形成机理及其结构-性能的关系对调控相态结构设计制备高性能TPV具有重要意义。三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP) TPV是工业应用最成熟、产销量最大的TPV,对微相结构的形成机理及其结构-性能关系已有较为系统深入的研究。近年来具有特殊性能或功能(如耐溶剂、耐高温、高阻隔、导电、阻燃等)的新型TPV成为研究开发重点,对其微相结构的形成机理及其结构-性能关系还缺乏系统深入的研究。本课题特意选择了四种具有应用前景和特殊性能的代表性共混体系,包括医用胶塞用溴化丁基橡胶(BIIR)/PP TPV,轮胎气密层用高气体阻隔BIIR/聚酰胺(PA) TPV,耐油丁腈橡胶(NBR)/PP TPV和耐高温耐油乙烯-醋酸乙烯酯橡胶(EVM)/PA TPV,研究揭示了非极性橡胶/非极性塑料、非极性橡胶/极性塑料、极性橡胶/非极性塑料、极性橡胶/极性塑料的相容/不相容体系动态硫化过程中的微相结构演变与形成机理,以及结构-性能关系,形成完整的基础理论,为调控相态结构设计制备高性能TPV提供理论指导和依据。创新性工作及结果如下：1、不同的动态硫化共混体系具有不同的相态结构及形成机理。对于非极性橡胶/非极性塑料(BIIR/PP) TPV中橡胶分散相颗粒(350nm)是由动态硫化初期原位生成的BIIR纳米粒子(40～100 nm)聚集而成,但存在一些单个BIIR纳米橡胶粒子,相态反转的发生归因于橡胶纳米微粒的形成及团聚。对于反应增容的极性橡胶/非极性塑料(NBR/PP) TPV中橡胶分散相微米颗粒(3～8 gm)由约1.7μm的NBR原生粒子聚集而成的,NBR分散相中存在少量PP微相(由增容剂反应增容造成),形成独特的包藏结构,相态反转的机理与BIIR/PPTPV相同；非极性橡胶/极性塑料(BIIR/PA) TPV和极性橡胶/极性塑料(EVM/PA) TPV中橡胶分散相微米颗粒(BIIR颗粒尺寸2μm; EVM颗粒尺寸3～7μm)则是由交联的橡胶相直接剪切破碎形成的,相反转归因于橡胶相交联及橡塑粘度比提高引发的橡胶破碎。此外,BIIR/PA TPV中由于橡塑两相化学反应也存在包藏结构。2、不同的动态硫化共混体系具有不同的微观结构-性能关系。BIIR/PP TPV随着动态硫化进行,一方面单个BIIR纳米粒子因聚集而数目逐渐减少,引起橡胶粒子网络结构的减弱,另一方面,BIIR聚集体尺寸和PP基体层厚度逐渐减小,导致橡胶粒子网络结构增强。二者的竞争作用导致力学性能、弹性、流变性能变化也很小。BIIR/PA TPV、NBR/PPTPV和EVM/PA TPV三种特种TPV随着动态硫化的进行,橡胶分散相的尺寸均逐渐减小,分散相粒子数目增多,橡胶粒子网络结构增强,塑料基体层厚度减小,导致TPV的力学性能、弹性逐渐提高,流变性能变差。BIIR/PA TPV的气体阻隔性能、NBR/PP TPV和EVM/PA TPV的耐油性能逐渐提高。BIIR/PA TPV经过4次重复加工后仍保持良好的性能。3、不同动态硫化体系形成不同相态结构的原因与橡塑两相的相容性和粘度比有关系。相容性较好的体系中橡胶液滴理论最小直径较小；橡塑粘度相等时,TPV中观察到的橡胶分散相尺寸与对应的共混体系中橡胶液滴理论最小直径相接近；当橡胶相粘度较小时,橡胶相的融并在其破碎和融并的竞争关系中占优势,TPV中橡胶分散相的尺寸大于对应的共混体系中橡胶液滴理论最小直径。4、基于BIIR/PA TPV的相态形成机理,研究揭示了橡胶相交联程度、添加增塑剂和动态硫化工艺条件对橡胶相的剪切破碎影响规律。研究结果表明,交联程度较低时和增塑剂用量较高时,橡胶相的内聚能较低,加工温度较低时,塑料基体的粘度较高有利于剪切传递,以上均有利于橡胶相的剪切破碎；而转速过高时剪切导致生热大且塑料基体剪切变稀降低了基体粘度,转速过低时则剪切力小,两者均不利于破碎。5、基于上述研究结果,指导合作企业成功开发了符合国家标准(YBB00042005)要求的医用胶塞用BIIR/PP TPV,并通过了美国联邦食品药品监督管理局(FDA)的药物主控文档(DMF)和美国联邦药典最高级别(USP CLASS VI)的认证,还开发了耐油NBR/PP TPV,两种TPV均在国内首次实现工业化；正在开发轮胎气密层用耐高温高气体阻隔性能的BIIR/PATPV。