EPDM/PP型热塑性动态硫化橡胶的凝胶含量对其性能的影响

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以EPDM/PP基础原材料的热塑性动态硫化橡胶(Thermoplastic Vulcanizate,缩写TPV )是采用先进的动态硫化技术制备的一种综合性能较为优良的热塑性弹性体。该热塑性弹性体材料具有优异的抗动态疲劳性,比较高的抗撕性,极好的抗永久变形性,比较好的耐磨性,优异的耐候性,对水基酸碱液体、极性油品具有出色的抗侵蚀能力,在-60 ℃~135℃范围内均具有使用可能性(如果硬度高于90A,低温脆性将下降)。由于TPV具有优异的综合性能,如加工成型方便,边角废料可回收利用,设备投资少,耐热性,耐化学腐蚀性,耐溶剂性及电绝缘性良好等。它被广泛用于汽车配件、电线电缆、土木建筑、家用电器等行业。而且应用范围不断扩大,作为第三代橡胶逐渐在一些对机械性能、耐高温性能、耐油性能要求不是很高的场合,取代传统橡胶。本文通过对TPV凝胶含量(交联含量)的分析测定,研究了凝胶含量对TPV性能的影响。

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一.  凝胶含量的测定

凝胶含量:EPDM/PP 型热塑性动态硫化橡胶中交联物的相对含量。由于EPDM的自交联是通过双键进行的,反应中EPDM 的自交联占主导地位。PP、EPDM 以及交联EPDM 的溶解抽提率(Xn)及溶解残留物含量(Wn)随抽提时间的变化而变化。当Wn 不再随时间变化时,Wn 即为凝胶含量。

二.  实验部分

实验原理:

未经交联的PP、EPDM 绝大部分能被对二甲苯溶剂溶解抽出,而交联EPDM中很大部分不能被溶解抽出。因此,用溶胀法能间接测出EPDM/PP 动态硫化物中交联物(包括自交联和共交联)的相对含量(用凝胶含量表示)。 EPDM/PP 动态硫化物凝胶含量测定时间为12h。

实验方法:

以对二甲苯作溶剂,试样用定量滤纸包裹,于三口烧瓶中加热(恒温120℃),试样中未交联的部分溶解,测定试样的凝胶含量。溶解时间12h(试样事先用一块载玻片和一块盖玻片热压成厚度约 0.2mm的薄片,并剪成约3x3mm 小块)。 试样的溶解抽提率(Xn)计算公式为:

Xn=(溶解油提前试样质量-溶解油提后残留试样质量)/溶解油提前试样质量*100%(1)

试样的溶解残留物含量(Wn )为:Wn =1 -Xn(% ) (2)

当Xn 不再随溶解抽提时间变化时,Wn 即为试样的凝胶含量。

三、凝胶含量对其性能的影响

EPDM/PP型热塑性动态硫化橡胶的凝胶含量对其性能的影响

3.1. 凝胶含量对硬度的影响

在硫化剂含量确定的情况下,改变其充油量,凝胶含量的变化也比较明显。由图3.1.得出,凝胶含量愈大,其产品的硬度也愈大,从而导致产品弹性下降,说明凝胶含量愈大,橡胶分子与塑料之间的交联反应愈多,从而使TPV材料的模量上升,弹性下降。

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EPDM/PP型热塑性动态硫化橡胶的凝胶含量对其性能的影响

3.2. 凝胶含量对拉伸强度的影响

在硫化剂用量确定的情况下,材料的拉伸强度随凝胶含量的增加而增加,这表明在交联反应中,橡胶分子的交联程度提高,使材料的抗张能力提高,凝胶含量愈高,说明橡胶的交联密度愈高,材料的结构愈稳定,不易受外力的影响而产生分子链的滑移。

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3.3. 凝胶含量对断裂伸长率的影响

凝胶含量的升高,对断裂伸长率没有多大影响。凝胶含量愈低,TPV的硬度愈低,弹性较大,故断裂伸长率更大,凝胶含量低,PP 充入EPDM中的数量愈少,交联愈少,橡胶相的微粒形成网络结构,不易发生断裂,故断裂伸长率愈大。但交联密度到一定值时,断裂伸长率不再变化,因为PP 与EPDM共交联同样可形成网络结构,但它不如橡胶相的网络结构力学性能强,故断裂伸长率呈下降趋势。

小编注:比如70A左右的TPV,断裂伸长率一般在500%左右,通常市面上过氧化物硫化的TPV的断裂伸长率要高于酚醛树脂硫化的TPV,比如可以达到700%,如果再大于这个数值,通常就不是纯的TPV,可能是掺混了一定量的SEBS。

EPDM/PP型热塑性动态硫化橡胶的凝胶含量对其性能的影响

3.4. 凝胶含量对拉伸100%永久变形的影响

凝胶含量愈低,永久变形愈差,因为凝胶含量低,交联密度低;PP充入EPDM 中的数量愈少,多硫键的减少,交联键的热稳定性增加,抗永久变形的能力增加,故永久变形愈低,弹性却有所上升。

四、结论

橡胶相的交联密度对机械性能有影响,很低的交联密度便可大幅度降低永久变形,而拉伸强度则随橡胶相交联密度的增加而连续上升。但即使在很高的交联密度时,共混物仍具有类似热塑性塑料的加工性。只是随着橡胶相交联密度的增加,共混物的刚性略有上升。随着凝胶含量的升高,TPV的回弹性降低,力学性能升高。凝胶含量在45%时TPV的使用效果最佳。

来源:四川化工职业技术学院 雷鸣

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