CM用量對AEM/CM/TPEE共混膠性能的影響

董曉坤，鄧濤

(青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

隨著當今社會的發(fā)展和進步，高分子材料逐漸被應用于人們生活的各個領域，在生活的方方面面起著不可或缺的作用。而隨著高分子應用領域越來越寬，一些傳統(tǒng)的高分子材料逐漸不能滿足日益增長的性能要求，例如，隨著渦輪增壓技術的逐漸發(fā)展，對汽車油管的耐油耐熱性能提出了更高的要求， 因此傳統(tǒng)的丁腈橡膠逐漸被淘汰和取代。

乙烯-丙烯酸酯彈性體（AEM G）作為最近幾年新興的高分子材料，主鏈為飽和的C—C鏈段，且側(cè)鏈含有極性基團，因此具有優(yōu)異的耐老化和耐油性能[1]，常被用來取代NBR生產(chǎn)液壓膠管，吸引了人們廣泛關注。TPEE是一種新型的聚酯彈性體，是一種含由硬段和軟段嵌段共聚物，具有極佳的耐油性[2]。近幾年，在TPEE 改良增強型品種、高性能及高功能化品種 、高附加值品種、合金化品種等研發(fā)方面頗有成效。

橡膠共混改性是橡膠加工過程中常用的改性方式[3]，其將兩種性能不同的高分子材料進行共混，使二者性能進行互補，取長補短，得到一種一種綜合性能優(yōu)異的高分子材料。本實驗前期將具有優(yōu)異耐油耐高溫性能的AEM橡膠與TPEE樹脂進行熔融共混，希望制得一種耐油耐高溫的共混膠，但發(fā)現(xiàn)因為二者拉伸行為不匹配，導致物理機械性能較差，所以，本實驗在AEM/TPEE共混膠中引入第三相氯化聚乙烯（CM），一方面，期望CM作為一種相容劑，增加共混膠之間的相容性，改善其物理機械性能；另一方面，因為AEM的生產(chǎn)成本較高，加入CM希望能夠降低共混膠的生產(chǎn)成本，有利于二者進一步的工業(yè)化生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 原材料

乙烯-丙烯酸酯彈性體（AEM G） ，美國杜邦化工集團（中國）有限公司；氯化聚乙烯 (CM)，型號WEIPREN3000，中等氯含量，濰坊亞星化學股份有限公司提供；聚酯彈性體（TPEE）：牌號H28DMG，江陰和創(chuàng)彈性體新材料科技有限公司；其它助劑均為市售橡膠工業(yè)常用原材料。

1.2主要儀器和設備

高溫開煉機：XK-160，大連華韓橡塑機械有限公司；開煉機：X（S）K-160，上海雙翼橡塑機械有限公司；平板硫化機：LCM-3C2-G03-LM，深圳佳鑫電子設備科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，臺灣高鐵有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀，GT-M2000-A，臺灣高鐵有限公司；電子拉力機，I-7000S，臺灣高鐵有限公司；硬度計，上海險峰電影機械廠。

1.3 基本配方

表1 實驗配方

其余配合劑均相同（單位：份）：硫化體系 3.5，硬脂酸2，防老劑445 2，炭黑N550 60，輕質(zhì)CaCO320。

1.4 試樣制備方法

1.4.1 試樣制備

首先，使用高溫開煉機（輥溫170 ℃）將TPEE加熱熔融，然后按照實驗配方中的并用比與AEM生膠進行熔融共混，混合均勻制得橡塑共混物，待停放冷卻后，再在常溫開煉機上加入CM、硫化體系以及其他配合劑，混煉均勻后下片，停放16 h后制樣。

1.4.2 試樣測試

硫化特性：按GB/T 16584—1996測試，硫化溫度170 ℃。

熱空氣老化：老化溫度100 ℃，老化時間72 h。

熱油老化：老化溫度100 ℃，老化時間72 h，老化介質(zhì)46#液壓油。

力學性能：拉伸性能采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2008進行測試，拉伸速度為500 mm/min，測試溫度為室溫。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

從表2可知，隨著CM用量的逐漸增多，共混膠MH逐漸增大，工藝正硫化時間t90逐漸變長，這是因為隨著CM用量的逐漸增多，TPEE含量的減少，共混膠中可發(fā)生交聯(lián)的橡膠相所占份數(shù)逐漸增多，不可交聯(lián)的樹脂相逐漸減少，因此共混膠的交聯(lián)程度逐漸增大。此時，在硫化劑用量不變的情況下，因橡膠相增多導致每份橡膠相中分散的硫化劑量減少，所以硫化變慢t90逐漸變長。

表2 CM用量對AEM/TPEE共混膠硫化特性的影響

2.2 物理機械性能

2.2.1 常溫物理機械性能

由圖1可知，當AEM與TPEE共混時，拉斷強度較低為12.33 MPa，認為AEM和TPEE相容性不好，二者模量不匹配。當AEM/TPEE共混膠拉伸時，因為兩相拉伸行為不同，容易發(fā)生應力集中，使得共混膠性能較差。當加入第三項CM以后，性能出現(xiàn)明顯的改善，且隨著CM用量的增多，拉斷強度逐漸增大，拉伸強度由12.33 MPa提升到16.33 MPa。因為CM在AEM/TPEE中起到良好的相容劑的作用，CM和AEM具有相同的硫化體系，二者可以發(fā)生較好的共硫化。同時，CM中的乙烯段和TPEE具有良好的相容性，使得CM在AEM和TPEE之間起到很好的“橋梁”作用，進而增加二者的相容性。

圖1 CM用量對拉斷強度的影響

從圖2可以看出，2#試樣的扯斷伸長率最大，后隨著硫化劑用量的增多逐漸減少。這是因為硫化劑用量增多，共混膠交聯(lián)程度增大，使得共混膠交聯(lián)網(wǎng)絡更加完善，交聯(lián)程度的增大，共混膠的模量上升，扯斷伸長率變小。

圖2 CM用量對扯斷伸長率的影響

由圖3和圖4可知，AEM/TPEE共混膠中，隨著CM相的增多和TPEE相的逐漸減少，共混膠的硬度逐漸增大，200%定伸應力也逐漸增大，由8.7MPa增加到11.6MPa。這是因為交聯(lián)以后的CM相的硬度大于TPEE相的硬度，所以隨著CM相的增多，共混膠的硬度逐漸增大。由硫化特性可知，隨著CM相的逐漸增多，共混膠交聯(lián)程度逐漸增大，交聯(lián)網(wǎng)絡更加完善，因此，共混膠抵抗變形的能力越來越大，在受到外力后高分子鏈段更難發(fā)生移動，導致AEM/CM/TPEE共混膠的200%定伸應力逐漸增大。

圖3 CM用量對硬度的影響圖

圖4 CM用量對200%定伸應力的影響

2.2.2 熱油和熱空氣老化對物理機械性能影響

AEM和TPEE的主鏈均為飽和的C—C鏈段，且側(cè)鏈含有極性基團，因此二者具有優(yōu)異的耐老化和耐油性能，本實驗通過老化箱對共混膠進行熱空氣和熱油老化，考察在AEM/TPEE共混膠中加入CM后，對共混膠耐熱油和熱空氣性能是否有的影響。

由表3可證明，AEM/TPEE共混膠具有優(yōu)異的耐空氣老化性能，熱空氣老化后AEM/TPEE共混膠拉斷強度由12.33 MPa上升為13.64 MPa，扯斷伸長率由342%降到240%，這是因為在熱空氣老化的過程中，AEM能夠發(fā)生二次硫化，交聯(lián)網(wǎng)絡更加完善，進而導致模量增大，因此拉斷強度上升。后隨著CM用量的增加耐空氣老化性能逐漸變差，此過程中主要由兩個因素影響共混膠的性能，一是AEM二次硫化，AEM相交聯(lián)網(wǎng)絡逐漸完善，提升共混膠性能；二是熱空氣老化使得交聯(lián)鍵發(fā)生斷裂，從而破壞交聯(lián)網(wǎng)絡，使得共混膠性能下降。當加入CM用量較少時，AEM二次硫化的效應占據(jù)主導作用，因此拉斷強度增大。隨著CM增多，共混膠的耐老化性能變差，交聯(lián)網(wǎng)絡遭到較大破壞，拉斷強度下降。

表3 CM用量對AEM/TPEE共混膠熱空氣老化性能的影響

AEM/TPEE共混膠耐極性油性能較好，因為CM側(cè)鏈含有極性基團-Cl，所以其耐熱油性能也較為優(yōu)異。從表4可知，AEM/TPEE共混膠具有優(yōu)異的耐熱介質(zhì)性，熱油老化后拉斷強度較老化前提高了10%，而在熱油老化過程中存在小分子油逐漸浸入共混膠的現(xiàn)象，導致分子鏈之間更容易發(fā)生相對滑移，模量下降，使共混膠更容易發(fā)生拉伸，導致拉斷強度下降，但扯斷伸長率的變化率小于熱空氣老化后的變化率。

表4 CM用量對AEM/TPEE共混膠熱油老化性能的影響

3 結(jié)論

（1）在AEM/TPEE共混膠中加入CM后，提高了AEM和TPEE之間的相容性，對共混膠性能有了明顯的改善，拉斷強度由12.33 MPa提升到14.17MPa。且隨著CM用量的增多，共混膠的拉斷強度逐漸變大。

（2）CM的加入使得AEM/TPEE共混膠的耐熱空氣和耐熱油性能出現(xiàn)一定的下降，但整體性能仍較為優(yōu)異。老化前后的性能保持率隨著CM用量的逐漸增大而逐漸變差。