高充油SEBS热塑性弹性体的制备和性能研究

2018-12-13耿建家杜沛东姜欣欣李宏杰

机电信息 2018年35期

耿建家杜沛东姜欣欣薛刚李宏杰

（1.威海联桥新材料科技股份有限公司，山东威海264209；2.威海洁瑞医用制品有限公司，山东威海264209）

0 引言

SEBS是通过对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）分子加氢后制得的一种新型热塑性弹性体，SBS结构上具有丁二烯软段和苯乙烯硬段双重结构，这个结构特点决定了其在常温时具有一定的橡胶弹性，高温时又具有较好的流动可塑性。但是，SBS本身不饱和双键的存在决定了其耐老化性能不良，而通过打开双键加氢制得的SEBS可显著提高其耐老化、耐候性。SEBS虽在常温时具有一定的橡胶弹性，但自身结构特点决定其常温弹性以及柔韧性尚有待提高。通过填充的白矿油（以下简称白油）的增塑作用，既能降低SEBS的生产成本，又能提高SEBS的常温弹性以及柔韧性。在SEBS充油体系中添加聚丙烯（PP）、碳酸钙（CaCO3），有利于平衡热塑性弹性体的成本、强度、硬度以及弹性等。

1 实验部分

1.1 原料与助剂

SEBS（牌号YH-501），巴陵石油化工责任有限公司；SEBS（牌号YH-502），巴陵石油化工责任有限公司；SEBS（牌号YH-503），巴陵石油化工责任有限公司；SEBS（牌号YH-602），巴陵石油化工责任有限公司；白油（26#，46#），克拉玛依石油化工公司；碳酸钙（600目），广西贺州市科隆粉体有限公司；聚丙烯（800E），中国石化上海石油化工有限公司。

1.2 仪器与设备

双螺杆挤出机，型号TE-35，科倍隆（南京）机械有限公司；塑料注射成型机，型号HJ-500，宁波海晶塑机制造有限公司；熔体流动速率测试仪，型号RTSL-400，北京冠测精电仪器设备有限公司；电子拉力试验机，型号CMT4204，MTS公司；邵氏硬度计，型号LX-C，温州山都仪器有限公司。

1.3 试样制备

按一定比例称取SEBS、聚丙烯、碳酸钙，充分混合后，在双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出温度设定为160～180℃；然后产品经过注塑机注塑成型，注塑机注塑温度设定为180～190℃，注塑成标准哑铃型样条和标准圆片，哑铃型样条的工作截面积为6 mm×2 mm，圆片厚度为6 mm。

1.4 性能测试

拉伸性能按照国际标准GB/T 1040—2006要求进行测试，样条为哑铃型样条，拉伸速度为500mm/min。硬度测试按照国际标准GB 2411—1980要求进行测试，测试5个点取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 SEBS分子量及结构对材料性能的影响

未填充白油和碳酸钙时，不同类型SEBS分子量及结构对材料性能的影响如表1所示。在SEBS与白油混合比例为1:2，碳酸钙添加量为10%时，考察不同类型SEBS分子量及结构对材料性能的影响如表2所示。

从表1可以看出，使用高分子量SEBS的材料定伸应力数值明显增加，说明材料的拉伸强度得到了提高，同时硬度也得到了提升，由此可见，材料的力学性能随分子量的提高而提高。相比线性结构的SEBS，星型结构的SEBS具有断裂伸长率降低、硬度提高的变化规律。

从表2可以看出，对SEBS体系填充白油和碳酸钙后，在SEBS分子量较低时，材料的屈服强度、硬度、伸长率等随分子量的提高而提高，但分子量较高时，材料的力学性能开始下降，相对较低分子量的SEBS而言，高分子量SEBS的材料力学性能反而有所降低。同分子量的星型结构的SEBS的材料力学性能要高于线性结构的SEBS。

材料性能的变化规律与填充物对SEBS分子间结构变化影响有关。在分子量较低时，白油与碳酸钙对SEBS分子间结构的破坏作用明显。而分子量较高时，大分子对填充物的包裹和缠结作用要优于小分子量的SEBS。所以，分子量提高到一定程度时，同样填充比例的材料硬度反而比小分子量的SEBS要低。将同分子量的星型结构的SEBS和线性结构的SEBS进行对比可发现，星型和线性结构的SEBS变化规律基本与未改性原料一致，这进一步证明大分子量SEBS对填充物的包裹和缠结作用较好，材料性能主要表现为SEBS自身性能的变化规律。

2.2 白油填充量对材料性能的影响

在碳酸钙填充量为10%的条件下，对SEBS进行不同比例的白油填充实验，考察白油填充量对材料性能的影响，如图1所示。

从图1可以看出：随着白油填充量的增加，材料的断裂伸长率逐渐提高，而材料硬度逐渐降低。同时，在实验过程中发现，SEBS在不填充白油条件下与碳酸钙进行共混很难注塑成型，其加工性能很差。白油在SEBS中起增塑作用，小分子白油插入到SEBS大分子链之间，削弱分子间作用力，增大SEBS分子链之间的距离和活动空间，提高高聚物的塑性，提高材料的断裂伸长率，并降低材料的硬度。

表1 SEBS分子量及结构对材料性能的影响（未填充白油和碳酸钙）

表2 SEBS分子量及结构对材料性能的影响（填充白油和碳酸钙后）

图1 白油填充量对材料性能的影响

2.3 碳酸钙填充量对材料性能的影响

在SEBS与白油混合比例为1:2条件下，考察碳酸钙填充量对材料性能的影响，如图2所示。

图2 碳酸钙填充量对材料性能的影响

从图2可以看出：随着碳酸钙填充量的增加，材料的硬度逐渐提高，材料断裂伸长率也逐渐提高。碳酸钙用量增加，填料在材料中的相对含量提高，从而引起材料的硬度相对提高。但在高充油SEBS体系下，材料的断裂伸长率、强度也随填料的用量增加有所提高。白油填充SEBS，由于白油小分子的增塑作用，SEBS分子间间距会有所增加，分子链间相对作用力降低，当大粒径的填料添加到材料中后，SEBS分子吸附到相邻的填料粒子表面形成桥链，桥链分子在拉伸过程中发生滑移，分子链沿拉伸方向进行取向排列，形成平行的伸直链结构，导致材料的拉伸强度、断裂伸长率有所提高。

2.4 聚丙烯（PP）用量对高充油SEBS体系的影响

在2倍充油SEBS体系下，添加10%碳酸钙，考察不同含量的聚丙烯（PP）对材料性能的影响，如表3所示。

从表3可以看出：随着聚丙烯（PP）在SEBS体系中的用量增加，材料的拉伸强度逐渐提高，断裂伸长率逐渐降低，材料的硬度逐渐提高。PP自身强度、硬度均要高于充油SEBS，并且PP与SEBS的相容性较好，所以两者进行共混并且PP含量较低时，PP作为分散相，对材料性能的影响随PP含量增加而有规律地发生变化。