混胶力学性能的影响因素范文

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1性能测试

按GB/T528—2009测试PVC/PNBR共混胶的拉伸强度和拉断永久变形；

2结果与讨论

2.1塑化温度对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响PVC粉料是由许多PVC微细粒子通过物理方式粘结在一起的聚集体，通常以聚合初期形成的尺寸仅为0.1-0.8μm的原生初级粒子为基础，然后长大到尺寸为2-10μm的聚集粒子组成，故若要将PVC进行塑化，则需将初级粒子熔融，才能充分发挥PVC树脂的优良性能[7]。但增塑剂小分子很难渗透到这种细小晶粒内，只有达到一定温度时才有利于增塑剂小分子向结晶链段中渗透扩散。PVC的熔融温度大约为160-170℃，且当温度超过190℃，制品颜色明显加深，PVC发生显著降解，不利于共混胶力学性能的提升[8]。因此选择合适的塑化温度对PVC/PNBR共混效果十分必要。固定基本配方，增塑剂DBP80份，PNBR30份，共混5min，研究塑化温度对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响，实验结果如表2所示。从表2可以看出：塑化温度对PVC/PNBR共混胶制品的力学性能影响较大，170℃时，拉伸强度最大，拉断永久变形最小，能达到较好的综合力学性能。160℃时，PVC初级粒子不能充分熔融，导致与PNBR不能达到分子级相容，反而易在PVC聚集体粒子处产生缺陷，导致拉伸强度较低，也不易回复。而当温度达到180℃时，会使PVC降解，制品产生更多的缺陷，导致更低的拉伸强度以及更大的拉断永久变形。因此，鉴于实际加工情况，PVC/PNBR适宜共混温度为170±3℃。

2.2塑化时间对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响塑化温度为170℃时，从HAKKE转矩时间曲线上观察到共混5min达到塑化平台，共混胶外观质软光滑有弹性，效果最好。进一步从宏观力学性能角度验证，研究塑化时间对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响，实验结果如表3所示。从表3可以看出，塑化时间的长短对共混效果有直接的影响。塑化温度170℃共混5min时，拉伸强度最大，拉断永久变形最小，得到较好的综合力学性能。共混时间为3min时，拉伸强度和拉断永久变形都较低，这与共混时间短，分散效果差有关。而共混时间为7min时，制品的拉伸强度和回弹性均下降，这是因为共混物在高温下受热时间过长发生降解[9]。因此，PVC/PNBR共混胶170℃时适宜的共混时间是5min左右。

2.3增塑剂DMP和DBP用量对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响增塑剂的加入能降低PVC塑化温度，提高其流动性、弹性，并且能降低橡胶分子间的作用力，减小混炼生热，改善混炼工艺，又能使粉末状配合剂与生胶很好地浸润，配合剂均匀分散。图1为增塑剂DMP用量对PVC/PNBR共混胶制品力学性能的影响。图1可以看出，当DMP用量从40phr逐渐降低到10phr，制品的应力-应变曲线表现出明显的变化。随着DMP用量的减少，拉伸强度显著增加，断裂伸长率明显变小。用量为40phr、30phr时，表现为韧性断裂，用量减少到20phr时，应力-应变曲线开始产生屈服。用量为10phr时，则拉伸强度急剧增大，断裂伸长率减小，表现出十分明显的脆性断裂。根据增塑剂的增塑原理，增塑剂低分子物质进入聚合物大分子内，增大了分子间的距离，降低了分子间的作用力，使分子链较易滑动，宏观上增大了聚合物材料的柔软性和流动性[10]。PVC为强极性高聚物，分子间作用力较大，增塑剂含量过少时，不足以提供其柔软性，表现出刚性。固定塑化温度170℃、塑化时间5min，研究增塑剂种类和用量对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响，实验结果如图2、3所示。从图2可以看出，随着增塑剂用量增大，PVC/PNBR共混胶的拉伸强度逐渐降低，且用量相同时，拉伸强度为DMP＜DBP。这是由于这两种增塑剂分子结构相似，均为低分子极性增塑剂，而DMP分子极性较大，DMP对PVC的膨润软化效果较好。因此当基本配方中其它组分固定，增塑剂选用DMP时共混胶的拉伸强度较小。由图3知，随着增塑剂用量增大，PVC/PNBR共混胶的拉断永久变形均先减小后增大。由图1可知，前期减小是因为当增塑剂用量过少时，材料表现出脆性，难以回复，弹性较差。随着增塑剂用量增大到共混体系足够充分吸收时，材料表现出较好的弹性，拉断永久变形逐渐减小。但若继续增大增塑剂用量，过量的增塑剂渗透到橡胶中，起到增塑NBR的作用，增塑剂使得橡胶分子链之间的作用力下降而导致分子链滑动，使复合材料的拉断永久变形增大。从图3还可以看出，当DMP用量为50phr时，制品的拉断永久变形最小为33%，而DBP用量需到80phr时，拉断永久变形最小为20%。整体来看，相对DMP，DBP作为增塑剂，制品的拉断永久变形更小。是因为DMP渗透到聚合物分子链中，对大分子起到较强的隔离，又与PVC、NBR上的极性基团发生更强的作用，更能削弱分子间相互作用力，DMP相对DBP较少的用量就能达到所需的柔软程度，物理交联点也会减少，使材料的弹性特征减弱[11]。

2.4PNBR比例对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响由于PVC和PNBR均为强极性高聚物，共混效果较好，二者能以任何比例共混。但共混比例不同，得到的PVC/PNBR共混胶制品的力学性能不同。选择80phrDBP为增塑剂，根据基本配方，探究PNBR用量对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响，实验结果如图4所示。从图4可以看出，随着PNBR用量的增大，制品的拉伸强度逐渐下降。而对于拉断永久变形，当PNBR比例在0~60phr时先减小再增大，超过60phr则逐渐减小。这是因为PVC分子链段较长，分子间作用力较大，不易变形，表现为有较高的强度、较低的回弹性，而NBR相分子链柔顺，分子链段比较短，分子间作用力较小，形变量大，具有高伸长率和高弹性。因此随着PNBR比例的增加，PVC相对混合体系的比例减少，导致拉伸强度降低。当PNBR比例较少时（0-30phr），橡胶相被塑料相包围，形成“海岛”结构，具有高弹性。继续增加PNBR比例（30-60phr），拉断永久变形变大，是因为PNBR对PVC的增塑作用导致两者粘度相差较大，分散效果较差，之后PNBR作为连续相，主要表现出橡胶特性，回弹性变好。

3结论

研究了塑化温度、塑化时间、增塑剂DMP和DBP用量、PNBR比例等因素对PVC/PNBR共混胶力学性能的影响。结果表明：最佳加工条件为170±3℃塑化5min；增塑剂种类和用量对制品性能有很大的影响。随着两种增塑剂用量增大，PVC/PNBR共混胶的拉伸强度逐渐减小，拉断永久变形先减小后增大，其中DBP比DMP有更好的增塑效果；当PNBR用量为30phr时，既能保证拉伸强度较大，又能得到较高的回弹性，并且成本较低。

作者：高玮郝同辉张作才黄正刚蒋涛单位：湖北大学材料科学与工程学院