WRP/SBS熱塑性彈性體性能的研究

姚 亮，王國志，焦富強(qiáng)，王艷秋，劉瓊瓊

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140)

用廢舊橡膠制品制成的廢膠粉(WRP)與熱塑性樹脂共混制備的膠粉基熱塑性彈性體是目前熱塑性彈性體研究的熱點(diǎn)之一[1]，為解決橡膠“黑色”污染問題提供了一條有效的解決途徑[2-5]。目前有報道的用于制備膠粉基熱塑性彈性體的樹脂材料主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)以及聚氨酯等[6]，采用熱塑性彈性體的有乙烯-辛烯共聚物(POE)[7]和PP/三元乙丙橡膠(EPDM)(TPV)[8]，而采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯彈性體(SBS)的卻鮮有報道。

本文采用簡單共混法[2]，制備了WRP/SBS 熱塑性彈性，并對其加工性能和物理機(jī)械性能進(jìn)行了研究。

1 實驗部分

1.1 原料

SBS：YH-791(SBS 1301)，巴陵石化有限責(zé)任公司；WRP：840 μm和420 μm，焦作市弘瑞橡膠有限責(zé)任公司；其它助劑均為市售。

1.2 儀器設(shè)備

雙輥開煉機(jī)：SK-160，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司；平板硫化機(jī)：YXE-25，上海西瑪偉力橡塑機(jī)械制造有限公司；轉(zhuǎn)矩流變儀：XSS-300，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；拉力機(jī)：AI-7000-GD，高鐵科技股份有限公司；邵氏硬度計：LX-A，江都市真威試驗機(jī)械有限公司；橡膠彈性機(jī)：GT-7042-RE，高鐵檢測儀器(東莞)有限公司。

1.3 試樣制備

1.3.1 實驗配方

實驗配方(質(zhì)量份)見表1。

表1 實驗配方

1.3.2 膠料制備

SBS/WRP母膠制備：首先將30份的SBS在高溫開煉機(jī)上塑化(塑化溫度130 ℃)，塑化好后，加入防老劑4010NA(SBS質(zhì)量的0.5%)和抗氧劑1010(SBS質(zhì)量的0.5%)混合均勻，然后再加入70份WRP進(jìn)行混合均勻，薄通5次，最后下片(2 mm厚)備用。

SBS/WRP混煉膠制備：根據(jù)配方將剩余的SBS在高溫開煉機(jī)上塑化，塑化溫度130 ℃，塑化好后，加入防老劑4010NA(SBS質(zhì)量的0.5%)和抗氧劑1010(SBS質(zhì)量的0.5%)混合均勻，然后再加入SBS/WRP母膠進(jìn)行混合均勻，薄通5次，最后下片(2 mm厚)備用。

1.3.3 試樣制備

首先將混煉膠裝模，在平板硫化機(jī)上進(jìn)行無壓預(yù)熱，預(yù)熱溫度150 ℃，預(yù)熱時間10 min，然后繼續(xù)在該平板硫化機(jī)上進(jìn)行熱壓，熱壓溫度150 ℃，熱壓壓力10～15 MPa，熱壓時間10 min，最后在不加熱的平板硫化機(jī)上冷卻，冷卻壓力10～15 MPa，冷卻到40 ℃以下開模，取出試樣。

1.4 性能測試

按照GB/T 528—2009測定拉伸性能；按照GB/T 529—2008測定直角撕裂性能；按照GB/T 531.1—2008測定邵爾A硬度；按照GB/T 1681—2009測定橡膠的回彈性；按照GB/T 7759—1996 A型試樣測定壓變性能；采用XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀測定流變性，測試溫度190 ℃，轉(zhuǎn)速30 r/min，時間1 800 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 WRP對WRP/SBS加工性能的影響

轉(zhuǎn)矩流變儀是一種多功能流變學(xué)測試儀器，除了研究聚合物的流變學(xué)性能外，還可以間接地用來檢驗原材料、分析加工性能和進(jìn)行質(zhì)量控制等[9]。WRP對WRP/SBS流變性的影響如圖1所示。

時間/s(a)

時間/s(b)

時間/s(c)

時間/s(d)

時間/s(e)

從圖1可以看出，流變曲線都是經(jīng)過了上升、下降、平穩(wěn)、上升幾個階段，即反映了物料經(jīng)過加壓、熔融、穩(wěn)定、交聯(lián)等幾個階段[10]。從圖1(a)、(b)中可以看出，隨著WRP用量的增加，WRP/SBS平穩(wěn)階段的扭矩變大，流動性變差，但平穩(wěn)階段延長，尤其WRP/SBS質(zhì)量比為70/30時；后期硫化曲線上升是交聯(lián)所導(dǎo)致的，其原因考慮是WRP中含有未反應(yīng)的交聯(lián)劑與SBS產(chǎn)生了交聯(lián)以及SBS本身的熱交聯(lián)作用，導(dǎo)致了體系粘度的上身。

從圖1(c)、(d)、(e)可以看出，WRP用量相同時，含有420 μm WRP的WRP/SBS平穩(wěn)階段扭矩更大，流動性更差，主要是因為WRP作為一種粉體材料，粒徑越小比表面積越大，活性越高，因此與SBS的之間的作用力越大，因此流動性越差。

2.2 WRP對WRP/SBS物理機(jī)械性能的影響

2.2.1 WRP對WRP/SBS拉伸性能的影響

WRP對WRP/SBS拉伸性能的影響如圖2所示。

膠粉的用量/份(a)

膠粉的用量/份(b)

膠粉的用量/份(c)

WRP具有填料的特點(diǎn)，其對橡膠拉伸性能的影響與其用量和粒徑等有著密切的關(guān)系。從圖2中可以看出，隨著WRP用量的增加，拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率逐漸降低，300%定伸應(yīng)力逐漸增大，420 μm的WRP由于粒徑較小，因此其WRP/SBS拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力相對較大。

2.2.2 WRP對WRP/SBS硬度的影響

WRP對WRP/SBS硬度的影響如圖3所示。

膠粉的用量/份

通常硬度隨著填料含量的增大而增大，但WRP是一種含有橡膠成分的特殊填料，因此其本身硬度對WRP/SBS有著較大的影響。從圖3可以看出，硬度隨著WRP用量的增加而降低，這是WRP的硬度小于SBS的緣故；與840 μm WRP相比，420 μm WRP的WRP/SBS硬度相對較大，這是由于填料的粒徑越小，補(bǔ)強(qiáng)性越高所造成的。

2.2.3 WRP對WRP/SBS回彈性的影響

WRP對WRP/SBS回彈性的影響如圖4所示。

膠粉的用量/份

WRP中含有炭黑等填料，因此WRP的含量越高，整個體系中的填料含量也越高，因此彈性會降低，從圖4可以看到，隨著WRP用量的增大，WRP/SBS回彈性逐漸下降；與840 μm WRP相比，420 μm WRP的WRP/SBS的回彈性相對較高。

2.2.4 WRP對WRP/SBS壓變性能的影響

在壓縮率為25%，時間為168 h，溫度為室溫的條件下測定WRP/SBS的壓縮永久變形，測定結(jié)果如圖5所示。

膠粉的用量/份

由于WRP具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其抗壓縮永久變形性能要優(yōu)于線性的SBS，因此其含量越高，WRP/SBS壓縮永久變形越小。由圖5可以看出，隨著WRP用量的增加，WRP/SBS的壓縮永久變形值降低，即抗壓縮變形性能提高；在WRP/SBS質(zhì)量比為60/40和70/30時，含有840 μm WRP的WRP/SBS抗壓縮變形性能較好。

3 結(jié) 論

(1) 在實驗范圍內(nèi)，隨著WRP用量的增加，膠料在平穩(wěn)階段的扭矩逐漸增大，膠料流動性逐漸降低。

(2) 拉伸強(qiáng)度、伸長率、硬度、回彈性和壓縮永久變形隨WRP用量的增加而降低，300%定伸應(yīng)力隨WRP用量增加而增加。

(3) 在WRP用量相同的情況下，與840 μm WRP相比，420 μm WRP的WRP/SBS具有更高的拉伸強(qiáng)度、300%定伸應(yīng)力、硬度和回彈性，但流動性較差。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 鄭慶余,張新星,盧燦輝,等.動態(tài)硫化制備高密度聚乙烯/脫硫輪胎膠粉熱塑性彈性體[J].高分子材料科學(xué)與工程,2010,26(7):147-149.

[2] 呂智超,王仕峰,張勇，等.膠粉基熱塑性彈性體的研究與進(jìn)展[J].彈性體,2010,20(4):82-87.

[3] 邱清華,賈德民,郭寶春.膠粉的分析研究[J].彈性體,2002,12(4):47-49.

[4] 劉玉強(qiáng),殷曉玲.膠粉的生產(chǎn)方法[J].彈性體,2001,11(3):40-43.

[5] 李亞楠,陳殿龍,范軍領(lǐng),等.基于廢舊輪胎膠粉的熱塑性彈性體的制備及發(fā)泡性能研究[J].彈性體,2013,23(5):23-28.

[6] 馬斐,夏崢嶸,陳昌青,等.改性廢舊膠粉的表征及在熱塑性彈性體中的應(yīng)用[J].高分子材料科學(xué)與工程,2010,26(6):96-99.

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[10] 張懷志.轉(zhuǎn)矩流變儀在高分子材料研究中的應(yīng)用[J].煉油與化工,2007,18(1):32-35.