氯化聚乙烯橡胶/丙烯酸酯橡胶共混物相容性的研究
2016-07-27刘吉超张晓芳张清阳
刘吉超，张晓芳，张清阳，邓 涛
（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042）
随着科学技术的不断发展，单一组分材料往往无法满足应用需求或出现功能过剩的现象。通过共混可在现有聚合物的基础上制得种类繁多、性能优异、能够适应多层次需求的新型材料，这对于拓展高分子材料的应用领域、满足生产需要具有十分重要的意义[1]。聚合物材料的改性一般包括橡胶和塑料并用、纤维补强塑料、纤维补强橡胶、橡胶并用等。使用无机填料填充基体通常可以降低制品成本，提高刚性、耐热性和尺寸稳定性，但往往会导致冲击强度和拉断伸长率的下降[2]。使用纤维补强塑料可以大幅度提高其拉伸强度，但同样会导致冲击强度特别是拉断伸长率下降。
橡胶并用是将一种橡胶与另一种或几种橡胶进行机械共混，是改善橡胶加工技术和橡胶制品质量的重要途径[3-4]。丙烯酸酯橡胶（ACM）具有良好的耐热、耐油、耐候性，但价格较高，并且其加工性较差，易粘辊。氯化聚乙烯橡胶（CM）加工性能优良，价格便宜，而且具有高填充、与其他聚合物在宏观上有良好的相容性等优点。ACM与CM两者共混可在提高性能的同时降低成本。
本工作研究CM/ACM并用比、共混温度对CM/ACM共混物相容性的影响。
1 实验
1.1 主要原材料与配方
CM，牌号135B，潍坊亚星化学股份有限公司产品；ACM，无锡诺邦橡塑有限公司产品。
研究并用比对CM/ACM共混物玻璃化温度（Tg）的影响时，CM/ACM共混物配方见表1。
表1 CM/ACM共混物配方 份
研究温度对CM/ACM共混物Tg的影响时，选取CM/ACM并用比为50/50的共混胶，测试温度分别为80，100，120，140和160 ℃。
1.2 主要仪器与设备
TD6001型称料天平，余姚市金诺天平仪器有限公司产品；X（S）160A型两辊开炼机，青岛化工机械厂产品；RM-200C型转矩流变仪，哈尔滨哈普电气技术有限公司产品；DSC-Q20型差示扫描量热仪，美国TA公司产品；MZ-4016B型门尼粘度计，江苏明珠试验机械有限公司产品；AI-7000M型电子拉力试验机，中国台湾高铁科技股份有限公司产品。
1.3 试样制备
1.3.1 生胶门尼粘度试样
生胶试样按照GB/T 15340—2008《天然、合成生胶取样及制样方法》中的有关规定制备。
1.3.2 配方变量试样
将配比称量好的1#～6#生胶分别在160 ℃的转矩流变仪内共混，共混时间为300 s，排料，备用。
1.3.3 变温试样
CM/ACM并用比固定为50/50。分别在80，100，120，140和160 ℃下进行共混，排料，备用。
1.4 性能测试
门尼粘度：按照GB/T 1232.1－2000《未硫化橡胶 用圆盘剪切粘度计进行测定 第1部分：门尼粘度的测定》进行测试，预热1 min，测试4 min，分别测试80，100，120，140和160 ℃下的门尼粘度。
Tg采用差示扫描量热仪进行测试，测试条件为：氮气氛围，升温速率 5 ℃·min-1，温度范围－80～＋80 ℃。
2 结果与讨论
2.1 温度对生胶门尼粘度的影响
温度对粘度和分散相的尺寸有比较大的影响，不同温度下CM与ACM的门尼粘度[ML（1＋4）]见表2。
表2 不同温度下CM和ACM的门尼粘度
从表2可以看出：随着温度的升高，CM生胶的门尼粘度变化明显，其最大差值为77.13；ACM生胶随着温度的升高门尼粘度下降较小，其最大差值为7.15。可以看出，与ACM相比，CM的门尼粘度对温度变化更敏感。
2.2 CM/ACM并用比对共混物Tg的影响
不同并用比的共混物两相的Tg可以间接反映两相的相容性。如表2所示，认为在高温（160 ℃）共混时，两种橡胶的粘度接近，具有良好的相容性。因此固定共混时转矩流变仪的温度、转速和共混时间，对不同并用比的共混物进行差示扫描量热试验，得到不同并用比对共混物Tg影响的曲线，如图1所示。
图1 不同CM/ACM并用比对共混物Tg的影响
由图1可以看出，4组共混胶中ACM的Tg均低于纯ACM的Tg，且2#配方的CM和ACM的ΔTg最小，随着ACM用量的增大，ΔTg增大，说明相容性和共混物各组分所占比例有关。由试验结果可知，在50 ℃左右出现峰值，认为是CM中少量结晶部分的结晶熔融峰。
2.3 共混温度对共混物相容性的影响
2.3.1 共混物Tg
不同共混温度下，共混物（并用比均为50/50）CM相和ACM相的Tg见表3。
表3 不同温度下CM/ACM（50/50）共混物的Tg ℃
从表3可以看出，共混温度对CM/ACM共混物两相的Tg影响不大。
温度主要影响橡胶的粘度，温度越高，两相的粘度相差越小，分散相的尺寸越小。在并用比一定的情况下，粘度大的在共混过程中形成分散相，粘度小的易形成连续相[4]。CM与ACM共混时，CM的粘度大，为分散相；ACM的粘度小，为连续相。CM/ACM共混物在不同共混温度下的结构形态如图2所示。
图2 CM/ACM共混物在不同共混温度下的结构形态
2.3.2 共混物拉伸强度
温度影响橡胶粘度的同时，还影响共混时两相界面的作用力。因此将生胶在开炼机上下片，用模具压成致密无气泡的试片，并制得哑铃形试样进行拉伸试验，测得共混温度为80，100，120，140和160 ℃时，对应的共混物的拉伸强度分别为1.87，2.04，2.11，2.16和2.31 MPa。可见，随着温度的升高，共混物的拉伸强度增大，即高温使共混界面间作用力增大。
3 结论
（1）CM的门尼粘度对温度变化敏感，ACM不敏感。CM和ACM生胶的门尼粘度差值随着温度的升高而变小。
（2）在CM/ACM共混体系中，并用比对两相的Tg影响较大，体系中CM比例越大，CM和ACM的Tg差值ΔTg越小，相容性越好。
（3）在CM/ACM共混体系中，共混温度对两相的Tg影响不大，但可以影响共混时分散相的尺寸以及共混界面作用力的大小。
