廢舊輪胎橡膠粉填充改性TPV的研究

呂懷興　涂重丹

【摘 要】在密煉機(jī)上制備TPV/WGRT共混型熱塑性彈性體，研究了WGRT添加量和助劑添加量對(duì)體系性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)單獨(dú)添加WGRT時(shí)，隨著添加量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力逐漸下降，邵氏A硬度逐漸升高；當(dāng)在不同的WGRT添加量情況下，隨著M603相容劑添加量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度和100%定伸應(yīng)力都逐漸升高后趨于穩(wěn)定；當(dāng)在不同的WGRT添加量情況下，隨著Z680再生劑添加量的增加，體系的拉伸性能都是先逐步升高后緩慢下降。當(dāng)WGRT的添加量為12份，M603為0.8份，Z680為0.4份時(shí)，體系的拉伸強(qiáng)度和100%定伸應(yīng)力值分別達(dá)到5.17MPa和2.71MPa，邵氏A硬度值達(dá)到67，與TPV的性能基本相同，說明使用廢舊輪胎橡膠粉結(jié)合相容劑與再生劑對(duì)TPV進(jìn)行填充改性，而達(dá)到降低成本的目的是可行的。

【關(guān)鍵詞】TPV；橡膠粉；填充改性；相容性；再生劑

中圖分類號(hào)： U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）34-0073-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.029

Study on Filling and Modified TPV of Waste Tire Rubber Powder

LV Huai-xing TU Zhong-dan

（GEM Co.， Ltd， Shenzhen Guangdong 518101， China）

【Abstract】The TPV/WGRT thermoplastic elastomer was prepared on an internal mixer， and the effect of the amount of WGRT added and the amount of additives added on the performance of the matrix was investigated. The results showed that when WGRT was added separately， the tensile strength and modulus at 100% elongation of the matrix decreased gradually with the increasing of the addition amount， and the Shore A hardness gradually increased. When the addition amount of M603 compatibilizer increased， the tensile strength and modulus at 100% elongation of the matrix increased gradually， and then tend to be stable under adding different amounts of WGRT. When the addition amount of Z680 regenerant increased， the tensile properties of the matrix gradually increased and then decreased slowly under adding different amounts of WGRT. When the addition amount of WGRT， M603 and Z680 was 12 parts， 0.8 parts and 0.4 parts， the tensile strength and modulus at 100% elongation of the matrix were 5.17 MPa and 2.71 MPa， respectively， and the Shore A hardness value was 67. The performance of TPV was basically the same， which indicated that the used of waste tire rubber powder combined with compatibilizer and regenerant to fill and modify TPV was feasible to achieve cost reduction.

【Key words】TPV； Rubber powder； Filling modification； Compatibility； Regenerant

當(dāng)前國內(nèi)廢舊輪胎的循環(huán)利用常采用先制備成橡膠粉然后再進(jìn)行利用的方式，這種膠粉的制備工藝簡單、價(jià)格低廉[1]。TPV（熱塑性硫化橡膠）是一種通過動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)制備的共混材料，常溫下具有橡膠的高彈性，在高溫下又能熔融塑化，兼具橡膠和熱塑性樹脂兩者的優(yōu)良特性[2]，比傳統(tǒng)的TPE（熱塑性彈性體）材料具有更好的綜合性能，但價(jià)格偏高限制了其使用領(lǐng)域的擴(kuò)展。本文將橡膠粉結(jié)合相應(yīng)助劑添加到TPV中進(jìn)行填充改性研究，以期在不影響TPV主要性能的情況下，降低TPV的使用成本。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

TPV（PP/EPDM）S1070N，首發(fā)塑化，邵氏硬度A（70）；WGRT（廢舊輪胎橡膠粉），自制，80目；含類馬來酸酐單體無規(guī)乙烯共聚物，凡事邦M603，白色顆粒；再生劑Z680，自制，黑色粘稠狀液體。

1.2 設(shè)備儀器

KY-1103密煉機(jī)，東莞市厚街開研機(jī)械設(shè)備廠；CSJ200粗破機(jī)，江陰市佳科機(jī)械制造有限公司；5L高速攪拌機(jī)；微機(jī)電子控制萬能機(jī)，CMT5504，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；注塑成型機(jī)，EM80-V，震雄塑料有限公司；掃描電鏡，quanta250，美國FEI；邵氏硬度計(jì)，LX-A-1，東莞市景有模具五金有限公司。

1.3 TPV/WGRT復(fù)合材料的制備

先將WGRT進(jìn)行干燥處理，再與TPV、其他物料混合攪拌均勻，再加入到密煉機(jī)中進(jìn)行塑化混煉，出樣經(jīng)過冷卻后進(jìn)行破碎得到粒子，最后將其經(jīng)注塑機(jī)注塑成測試樣條。其中，在添加再生劑Z680時(shí)要先與WGRT單獨(dú)混合均勻后再與其他物料混合。

1.4 性能測試

拉伸測試：按照ASTM D412測試?yán)鞆?qiáng)度、斷裂伸長率、100%定伸應(yīng)力；

硬度測試：按照ASTM D2240測試邵氏A硬度；

電鏡分析：先進(jìn)行啞鈴型樣條的拉伸測試，然后對(duì)樣條斷面噴金并進(jìn)行掃描電鏡（SEM）觀察。

2 結(jié)果討論

2.1 橡膠粉添加量的影響

WGRT本身不具有熱塑性，因此直接添加到TPV中經(jīng)過混煉后得到的體系中WGRT是以填充物的方式存在，通過設(shè)定TPV固定添加量為80份（以下同），研究改變WGRT添加量對(duì)體系拉伸性能的影響。通過圖1可以分析得出，隨著WGRT添加量的增加，體系的拉伸強(qiáng)度與100%定伸應(yīng)力也隨之逐漸降低，這說明WGRT的添加降低了體系的力學(xué)性能，微觀上WGRT與TPV之間的相容性差，因?yàn)門PV是以PP（聚丙烯）為連續(xù)相、動(dòng)態(tài)硫化的EPDM為分散相的熱塑性彈性體材料，而WGRT是交聯(lián)狀態(tài)的橡膠顆粒，它們之間界面相容性很差[3]。

2.2 相容劑添加量的影響

對(duì)于共混體系，良好的界面相容性是體系獲得優(yōu)良性能的重要前提[4-5]，添加嵌段或接枝共聚物對(duì)其中一相進(jìn)行化學(xué)改性是最常用的方法[6-9]。M603是一種含有大量類馬來酸酐單體的乙烯共聚物，不同于馬來酸酐接枝聚乙烯，它含有更多、更穩(wěn)定的能夠改善界面相容性的有效基團(tuán)；在不同WGRT添加量的體系中，通過逐步增加M603的添加量對(duì)其體系拉伸性能的影響進(jìn)行研究。從圖2可以分析得出，無論WGRT添加量多少，隨著M603添加量逐步增加，體系的拉伸強(qiáng)度與100%定伸應(yīng)力都呈現(xiàn)出先升高后趨于穩(wěn)定的趨勢，拉伸強(qiáng)度提高6～9%，100%定伸應(yīng)力提高4～17%，說明M603的添加一定程度改善了WGRT/TPV體系的微觀相容性。

2.3 再生劑添加量的影響

再生劑是一種預(yù)期可以在加熱時(shí)使WGRT發(fā)生脫硫、解除交聯(lián)的助劑，從而使WGRT重新具備一定的熱塑性。在2.2節(jié)基礎(chǔ)上固定添加0.8份M603的情況下來研究Z680添加量對(duì)體系拉伸性能的影響。通過圖3可以分析得出，分別在不同的WGRT添加量下，通過添加Z680并逐步增加添加量，體系的拉伸強(qiáng)度與100%定伸應(yīng)力都大體呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，且WGRT添加量越高，體系的拉伸性能越需要更高的Z680添加量，拉伸強(qiáng)度提高幅度最大超過6%， 100%定伸應(yīng)力提高幅度最大近9%。這說明再生劑的加入發(fā)揮了實(shí)際作用，使得WGRT在加熱混煉時(shí)可以發(fā)生一定程度的解除交聯(lián)并塑化，從而更好地分散在TPV中，而在Z680高添加量時(shí)體系的拉伸性能反而下降，且通過圖4可以發(fā)現(xiàn)，隨著Z680添加量的增加，體系的邵氏A硬度先略微下降，然后又升高，分析原因?yàn)檫^量的再生劑對(duì)體系的橡膠相重新交聯(lián)造成一定阻礙，對(duì)橡膠相與PP連續(xù)相之間的相容性也造成負(fù)面影響，從而造成體系的拉伸性能下降。

2.4 掃描電鏡（SEM）分析

組分，添加量（份數(shù)）：

（a）WGRT，20；M603，0；Z680；0（b）WGRT，20；M603，0.8；Z680，0；

（c）WGRT，12；M603，0.8；Z680，0.4

通過圖5（a）可以觀察得出，在WGRT添加為20份且不添加助劑時(shí)，體系的拉伸斷裂界面上可以看到裸露的WGRT顆粒，驗(yàn)證了WGRT與TPV的相容性差的事實(shí)；通過圖5（b）可以觀察得出，在20份WGRT添加量基礎(chǔ)上添加0.8份M603后，體系的拉伸斷裂界面上的橡膠顆粒在TPV連續(xù)相中包裹性明顯改善，而通過圖5（c）可以觀察得出，在12份WGRT添加量輔以0.8份M603、0.4份Z680時(shí)，體系的拉伸斷裂界面相對(duì)平整，有更均勻相態(tài)分布，無明顯橡膠顆粒嵌入現(xiàn)象，說明了Z680對(duì)于WGRT顆粒的解聯(lián)再塑化和分散作用。

3 結(jié)論

廢舊輪胎橡膠粉WGRT作為填料添加到TPV中，在協(xié)同添加適量再生劑與相容劑時(shí)，可以做到基本不降低TPV原有的力學(xué)性能，能夠達(dá)到降低TPV使用成本的目的。相容劑的加入可以改善WGRT與TPV的相容性，從而提高填充體系的拉伸強(qiáng)度與100%定伸應(yīng)力；適量的再生劑加入可以改善WGRT與TPV混煉時(shí)的塑化分散效果，從而提高體系的拉伸性能，同時(shí)邵氏A硬度得到一定程度降低。

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