混膠力學(xué)性能的影響因素范文

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1性能測(cè)試

按GB/T528—2009測(cè)試PVC/PNBR共混膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷永久變形；

2結(jié)果與討論

2.1塑化溫度對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響PVC粉料是由許多PVC微細(xì)粒子通過(guò)物理方式粘結(jié)在一起的聚集體，通常以聚合初期形成的尺寸僅為0.1-0.8μm的原生初級(jí)粒子為基礎(chǔ)，然后長(zhǎng)大到尺寸為2-10μm的聚集粒子組成，故若要將PVC進(jìn)行塑化，則需將初級(jí)粒子熔融，才能充分發(fā)揮PVC樹(shù)脂的優(yōu)良性能[7]。但增塑劑小分子很難滲透到這種細(xì)小晶粒內(nèi)，只有達(dá)到一定溫度時(shí)才有利于增塑劑小分子向結(jié)晶鏈段中滲透擴(kuò)散。PVC的熔融溫度大約為160-170℃，且當(dāng)溫度超過(guò)190℃，制品顏色明顯加深，PVC發(fā)生顯著降解，不利于共混膠力學(xué)性能的提升[8]。因此選擇合適的塑化溫度對(duì)PVC/PNBR共混效果十分必要。固定基本配方，增塑劑DBP80份，PNBR30份，共混5min，研究塑化溫度對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2可以看出：塑化溫度對(duì)PVC/PNBR共混膠制品的力學(xué)性能影響較大，170℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度最大，拉斷永久變形最小，能達(dá)到較好的綜合力學(xué)性能。160℃時(shí)，PVC初級(jí)粒子不能充分熔融，導(dǎo)致與PNBR不能達(dá)到分子級(jí)相容，反而易在PVC聚集體粒子處產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度較低，也不易回復(fù)。而當(dāng)溫度達(dá)到180℃時(shí)，會(huì)使PVC降解，制品產(chǎn)生更多的缺陷，導(dǎo)致更低的拉伸強(qiáng)度以及更大的拉斷永久變形。因此，鑒于實(shí)際加工情況，PVC/PNBR適宜共混溫度為170±3℃。

2.2塑化時(shí)間對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響塑化溫度為170℃時(shí)，從HAKKE轉(zhuǎn)矩時(shí)間曲線(xiàn)上觀(guān)察到共混5min達(dá)到塑化平臺(tái)，共混膠外觀(guān)質(zhì)軟光滑有彈性，效果最好。進(jìn)一步從宏觀(guān)力學(xué)性能角度驗(yàn)證，研究塑化時(shí)間對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，塑化時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)共混效果有直接的影響。塑化溫度170℃共混5min時(shí)，拉伸強(qiáng)度最大，拉斷永久變形最小，得到較好的綜合力學(xué)性能。共混時(shí)間為3min時(shí)，拉伸強(qiáng)度和拉斷永久變形都較低，這與共混時(shí)間短，分散效果差有關(guān)。而共混時(shí)間為7min時(shí)，制品的拉伸強(qiáng)度和回彈性均下降，這是因?yàn)楣不煳镌诟邷叵率軣釙r(shí)間過(guò)長(zhǎng)發(fā)生降解[9]。因此，PVC/PNBR共混膠170℃時(shí)適宜的共混時(shí)間是5min左右。

2.3增塑劑DMP和DBP用量對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響增塑劑的加入能降低PVC塑化溫度，提高其流動(dòng)性、彈性，并且能降低橡膠分子間的作用力，減小混煉生熱，改善混煉工藝，又能使粉末狀配合劑與生膠很好地浸潤(rùn)，配合劑均勻分散。圖1為增塑劑DMP用量對(duì)PVC/PNBR共混膠制品力學(xué)性能的影響。圖1可以看出，當(dāng)DMP用量從40phr逐漸降低到10phr，制品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)表現(xiàn)出明顯的變化。隨著DMP用量的減少，拉伸強(qiáng)度顯著增加，斷裂伸長(zhǎng)率明顯變小。用量為40phr、30phr時(shí)，表現(xiàn)為韌性斷裂，用量減少到20phr時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)開(kāi)始產(chǎn)生屈服。用量為10phr時(shí)，則拉伸強(qiáng)度急劇增大，斷裂伸長(zhǎng)率減小，表現(xiàn)出十分明顯的脆性斷裂。根據(jù)增塑劑的增塑原理，增塑劑低分子物質(zhì)進(jìn)入聚合物大分子內(nèi)，增大了分子間的距離，降低了分子間的作用力，使分子鏈較易滑動(dòng)，宏觀(guān)上增大了聚合物材料的柔軟性和流動(dòng)性[10]。PVC為強(qiáng)極性高聚物，分子間作用力較大，增塑劑含量過(guò)少時(shí)，不足以提供其柔軟性，表現(xiàn)出剛性。固定塑化溫度170℃、塑化時(shí)間5min，研究增塑劑種類(lèi)和用量對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示。從圖2可以看出，隨著增塑劑用量增大，PVC/PNBR共混膠的拉伸強(qiáng)度逐漸降低，且用量相同時(shí)，拉伸強(qiáng)度為DMP＜DBP。這是由于這兩種增塑劑分子結(jié)構(gòu)相似，均為低分子極性增塑劑，而DMP分子極性較大，DMP對(duì)PVC的膨潤(rùn)軟化效果較好。因此當(dāng)基本配方中其它組分固定，增塑劑選用DMP時(shí)共混膠的拉伸強(qiáng)度較小。由圖3知，隨著增塑劑用量增大，PVC/PNBR共混膠的拉斷永久變形均先減小后增大。由圖1可知，前期減小是因?yàn)楫?dāng)增塑劑用量過(guò)少時(shí)，材料表現(xiàn)出脆性，難以回復(fù)，彈性較差。隨著增塑劑用量增大到共混體系足夠充分吸收時(shí)，材料表現(xiàn)出較好的彈性，拉斷永久變形逐漸減小。但若繼續(xù)增大增塑劑用量，過(guò)量的增塑劑滲透到橡膠中，起到增塑NBR的作用，增塑劑使得橡膠分子鏈之間的作用力下降而導(dǎo)致分子鏈滑動(dòng)，使復(fù)合材料的拉斷永久變形增大。從圖3還可以看出，當(dāng)DMP用量為50phr時(shí)，制品的拉斷永久變形最小為33%，而DBP用量需到80phr時(shí)，拉斷永久變形最小為20%。整體來(lái)看，相對(duì)DMP，DBP作為增塑劑，制品的拉斷永久變形更小。是因?yàn)镈MP滲透到聚合物分子鏈中，對(duì)大分子起到較強(qiáng)的隔離，又與PVC、NBR上的極性基團(tuán)發(fā)生更強(qiáng)的作用，更能削弱分子間相互作用力，DMP相對(duì)DBP較少的用量就能達(dá)到所需的柔軟程度，物理交聯(lián)點(diǎn)也會(huì)減少，使材料的彈性特征減弱[11]。

2.4PNBR比例對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響由于PVC和PNBR均為強(qiáng)極性高聚物，共混效果較好，二者能以任何比例共混。但共混比例不同，得到的PVC/PNBR共混膠制品的力學(xué)性能不同。選擇80phrDBP為增塑劑，根據(jù)基本配方，探究PNBR用量對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著PNBR用量的增大，制品的拉伸強(qiáng)度逐漸下降。而對(duì)于拉斷永久變形，當(dāng)PNBR比例在0~60phr時(shí)先減小再增大，超過(guò)60phr則逐漸減小。這是因?yàn)镻VC分子鏈段較長(zhǎng)，分子間作用力較大，不易變形，表現(xiàn)為有較高的強(qiáng)度、較低的回彈性，而NBR相分子鏈柔順，分子鏈段比較短，分子間作用力較小，形變量大，具有高伸長(zhǎng)率和高彈性。因此隨著PNBR比例的增加，PVC相對(duì)混合體系的比例減少，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度降低。當(dāng)PNBR比例較少時(shí)（0-30phr），橡膠相被塑料相包圍，形成“海島”結(jié)構(gòu)，具有高彈性。繼續(xù)增加PNBR比例（30-60phr），拉斷永久變形變大，是因?yàn)镻NBR對(duì)PVC的增塑作用導(dǎo)致兩者粘度相差較大，分散效果較差，之后PNBR作為連續(xù)相，主要表現(xiàn)出橡膠特性，回彈性變好。

3結(jié)論

研究了塑化溫度、塑化時(shí)間、增塑劑DMP和DBP用量、PNBR比例等因素對(duì)PVC/PNBR共混膠力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：最佳加工條件為170±3℃塑化5min；增塑劑種類(lèi)和用量對(duì)制品性能有很大的影響。隨著兩種增塑劑用量增大，PVC/PNBR共混膠的拉伸強(qiáng)度逐漸減小，拉斷永久變形先減小后增大，其中DBP比DMP有更好的增塑效果；當(dāng)PNBR用量為30phr時(shí)，既能保證拉伸強(qiáng)度較大，又能得到較高的回彈性，并且成本較低。

作者：高瑋郝同輝張作才黃正剛蔣濤單位：湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院