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本课题在对三元乙丙橡胶(EPDM)、甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)的各项性能以及二者共混情况进行了充分分析的基础上,选用了T-2450型的EPDM与110-2型MVQ按照EPDM/MVQ质量份数比为70/30进行共混,通过添加由MAH接枝到EPDM上所制得的相容剂EPDM-g-MAH对EPDM/MVQ共混胶性能的影响进行了研究。
在本课题中,利用实验比较开炼机与密炼机制备相容剂方法的优点与缺点,结果表明,采用密炼机制备时,可能由于温度高,会发生较多的副反应,进而使得要研究的EPDM/MVQ共混胶物理性能有所降低。所以,反应型相溶剂未采用密炼机接枝的方法。在对实验结果进行比较的基础之上,最终选择采用开炼机进行炼制。采用开炼机进行相容剂的制备时,需要控制轧辊温度和炼制时间,在机械力的共混作用下马来酸酐(MAH)与EPDM发生反应,使MAH接到EPDM分子的不饱和键的烯丙基氢上。所以,在生产实践中,对于EPDM-g-MAH相容剂中MAH含量要求较低或者特定的试验情况,采用开炼机炼制相容剂的方法是完全可行的。
另外,为了研究相容剂中MAH含量对EPDM/MVQ性能的影响,本文制备了一系列MAH含量不同的相容剂EPDM-g-MAH,并对相容剂EPDM-g-MAH做了提纯处理。其中MAH用量分别为3phr、6 phr、9 phr、12 phr以及15 phr。经接枝反应后,利用FTIR光谱法定性分析了MAH在EPDM上的接枝结果。与此同时,通过测定纯化后接枝物的质量,利用差量法对相容剂中MAH的接枝率进行计算。通过红外光谱谱图可以看出,在特征峰区域的1850 cm-1和1780 cm-1附近出现了新的吸收峰,该位置为酸酐的C=O基的吸收峰。因此,可以认为MAH已经接枝到了EPDM上。通过对FTIR谱图分析可以证明,只要将开炼机辊温调至适当的温度,并按一定顺序和比例将接枝单体MAH、引发剂DCP以及聚合物EPDM加入开炼机中进行混炼,是可以将MAH接枝到EPDM上去的。由此再次证明了,使用开炼机进行MAH的接枝EPDM的方法是可行的。
研究了MAH加入量对其在EPDM上接枝率的影响。结果表明,当MAH的加入量低于3phr时,其基本不能接枝到EPDM上去,其原因是当MAH含量比较低时,MAH与EPDM大分子自由基的接触几率比较小,导致接枝过程相对比较困难。当MAH含量达到3phr以上时,随着MAH加入量的增加,其在EPDM上接枝率开始逐渐增大,并在达到12phr以上时,接枝率增大的趋势变得逐渐平缓。
本文的另外一个目的是,通过添加所制备的相容剂EPDM-g-MAH提高EPDM与MVQ的相容性,进而改善EPDM/MVQ共混胶的物理性能,如拉伸强度、扯裂伸长率、耐热性和加工性能等,得到一种性能优良的共混橡胶。同时,研制一种高效价廉且制备工艺简单的橡胶相容剂EPDM-g-MAH,来提高共混胶的相容性,为EPDM/MVQ共混胶的工艺改进提供参考。为此,采用各种宏观的结构性能表征方法,来测定相容剂EPDM-g-MAH对共混胶性能的影响。
通过炼制工艺过程研究可以发现,在炼制过程中,与单一将EPDM或者MVQ炼制成母炼胶之后试验相比较,将EPDM和MVQ分别炼制成母炼胶之后进行共混的方法所得到的EPDM/MVQ共混胶的综合物理性能更好。通过硫化实验仪测定并做出硫化曲线,找出正硫化时间。EPDM/MAH共混胶的最佳硫化温度和硫化时间为170℃×10min。
为了研究不同种类的EPDM-g-MAH相容剂对EPDM/MVQ共混胶性能的影响,控制EPDM、MVQ、炭黑、氧化锌、硬脂酸、硫化剂以及防老剂加入量不变的情况下,并保持相容剂的用量为12phr,只改变相容剂EPDM-g-MAH的种类。结果表明,EPDM-g-MAH相容剂中MAH含量为12phr的试样具有最大的拉伸强度、较大的扯裂伸长率、最大的定伸应力、以及最大断裂拉伸强度,说明MAH含量为12phr时可以有效降低EPDM与MVO之间的表面张力、提高相容性,进而提高共混胶的各项性能。
为了研究MAH含量为12phr的EPDM-g-MAH相容剂加入量对EPDM/MVQ共混胶性能的影响,同样在保持EPDM、MVQ、炭黑、氧化锌、硬脂酸、硫化剂以及防老剂加入量不变的基础上,只调整在上述共混胶中加入不同量的相容剂EPDM-g-MAH,结果表明,加入相容剂EPDM-g-MAH可以明显改善EPDM/MVQ共混胶各种物理性能,包括扯裂伸长率、定伸应力、断裂拉伸强度等。其中以相容剂加入量为12phr效果最佳;说明相容剂EPDM-g-MAH的加入对提高共混胶的机械物理性能起到了积极的作用,同时对橡胶的共混相容性有改善的作用,使共混胶相容程度更高。
另外,为了比较EPDM-g-MAH相容剂与硅烷偶联剂A-172对EPDM/MVQ共混胶性能的影响,保持EPDM、MVQ、炭黑、氧化锌、硬脂酸、硫化剂以及防老剂不变,并控制相容剂的用量为12phr的配方,通过选择加EPDM-g-MAH且使用性能最佳的试样与加入硅烷偶联剂的试样进行比较可知,加入EPDM-g-MAH的试样的各种物理性能明显优于含有硅烷偶联剂的试样与不加任何相容剂的试样。
本文还采用TG-DSC图谱表征加相容剂EPDM-g-MAH后,EPDM/MVQ共混胶的相容性及微观结构变化。结果表明,随着相容剂中MAH含量的增加,加热过程中,EPDM/MVO共混胶的质量损失明显减低,这就说明了相容剂EPDM-g-MAH有利于降低EPDM/MVQ共混胶在加热过程当中质量损失,有利于保持其结构的稳定性,增强其性能。对EPDM/MVQ共混胶性能改进有很大的帮助。这是因为在加热过程当中,占份量多数的EPDM的质量流失比较严重,导致共混胶热损失较大。但是当加入相容剂EPDM-g-MAH后,增强了EPDM与MVQ两种胶料界面之间的活性,就使得两相较为均匀地分散在一起。又因为MVQ是一种既耐寒又耐热的橡胶,当MVQ分子分散到EPDM大分子链中时,使得整个共混体系的耐寒与耐热的性能有明显的改善。更为重要的是,通过热重分析,说明了相容剂EPDM-g-MAH对EPDM/MVQ共混体系相容性的改进是非常有效的,进而提高共混胶的各项物理性能。