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NBR和PVC共混发泡材料泡孔结构研究

2017年10月27日 14:52  来源:中国保温材料网  人气:538

  现代塑料加工应用NBR和PVC共混发泡材料泡孔结构研究曹沛刘莉+刘光烨(青岛科技大学高性能聚合物及成型技术教育部工程研究中心,山东青岛,266042)影响。结果表明,当采用有效硫化体系时,制品的泡孔分布均匀,闭孔率高;当NBR/PVC质量比为50/50时,发泡制品闭孔率较高,泡孔较大,成本较低;模压硫化发泡与自由发泡对比,模压发泡更利于制得较低密度的制品;模压发泡时,发泡制品密度随发泡剂用量的增加而减小。

  虽然丁腈橡胶(NBR)发泡制品弹性很好,但是其收缩率较大。市场上的保温材料多采用NBR与聚氯乙烯(PVC)共混材料作为发泡材料的基体,这是因为NBR与PVC的相容性好。以其共混物作为发泡材料的基体,可使得相应制品具有橡胶发泡制品的弹性和塑料发泡制品的良好挺括性以及较小的收缩率。

  1试验部分1.1原料NBR,2907,中国石油兰州石化公司;发泡剂AC,潍坊亚星有限公司;发泡剂H,江苏太仓市璜泾新华助剂厂;邻苯二甲酸二辛酯(DOP),淄博增塑剂厂;PVC,S1000,齐鲁石化公司氯碱厂;Ca/Zn热稳定剂、硫磺(S)、氧化锌(ZnO)、硬脂酸(SA)、硬脂酸锌,均市售;促进剂2-硫醇基苯骈噻唑(M)、二硫化四甲基秋兰姆(TT或TMTD)、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CZ或CBS),N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS),均市售;方老剂4010NA,RD,市售。

  1.2试样制备5份,硬脂酸2份,防老剂3份,炭黑20份,碳酸钙20份,DOP10份,热稳定剂5份,硫化体系变量,发泡体系变量。

  混炼工艺:将NBR三段塑炼后依次加人发泡剂、防老剂、填料、炭黑、活化剂、促进剂、软化剂、硫化体系等混炼均匀,薄通几次后,下片停放24h.NBR与PVC共混时,先塑炼PVC,然后加人塑炼好的NBR,最后依次加人发泡剂、防老剂、填料、炭黑、活化剂、促进剂、软化剂、硫化体系等混炼均匀,薄通几次后,下片停放24h.硫化发泡工艺:模压发泡时将混炼胶进行返炼,下片后称取一定量的胶料放人已预热的模具中,在平板硫化机上进行加压、加热硫化,卸除压力后发泡体从模具中弹出;硫化-发泡条件为170/180°C,79MPa,10min.自由发泡时在一定温度的烘箱中进行一定时间的热辐射硫化;硫1.3仪器SK-160B双辊开炼机,上海橡胶机械厂;PLE-331密炼机,科创橡塑机械设备公司;QLfr3 503502平板硫化机,济南试验机厂;EK-2000P硫化发泡仪,优肯工业股份有限公司;电热干燥箱,DHG202型,山东潍坊医疗器械厂;SM-6700F场发射扫描电子显微镜(SEM),日本电子公司。

  1.4测试方法6343―2009测定;采用SEM观察制品泡孔结构。

  2结果与讨论2.1硫化体系在海绵橡胶的制备中硫化体系的选择极其重要,它直接决定了发泡过程能否顺利进行2.在本试验中,首先固定发泡剂用量,通过改变硫化体系种类,研究硫化体系与发泡体系发泡速度的匹配关系。采用了3种硫化体系即普通硫化体系、半有效以及有效硫化体系。采用基础配方,以发泡剂AC为主发泡剂,ZnO为助发泡剂,固定其用量,测试结果见表1.为NBR硫化曲线与发泡剂热失重曲线。中可以明显看出3种硫化体系的区别。多硫的普通硫化体系焦烧期较短,有利于发泡;半有效硫化体系焦烧期长,不利于气泡的形成,不能阻止气泡的相互靠近,形成开孔与串孔结构,并且其硫化效率低;有效硫化体系集成了两者的优点,较短的焦烧时间,较高的硫化效率,因此泡孔结构较好,分布均匀。泡孔结构如所示,结果正好验证了的结论。

  表1NBR发泡试验配方序号硫/质量份促进剂/质量份硫化体系普通半有效有效为1.0份CZ及1.0份TT复合成的促进剂,下同。

  NBR硫化与发泡剂失重分析1一发泡剂;一普通硫化体系;3―有效硫化体系;一半有效硫化体系照试验基础配方,签于有效硫化体系硫化速度快,故选用半有效硫化体系,发泡剂用量恒定。

  泡制品的SEM照片,与对比可以明显看出PVC的加人对泡孔结构影响很大。泡孔直径明显变大,开孔结构较多。当PVC为30份时泡孔相对均匀,泡孔尺寸较小;PVC为40份时,发泡效果不是很好,泡孔分布不匀,泡孔尺寸差别大;PVC为50份时,除了NBR与PVC相态结构的原因外,另外材料的泡孔直径平均都较大,因此制品具有较低的密度。但是其孔壁较薄,开孔结构较多,因此所能承受的外力变小。对比表2中的密度数据发现,两者是符合的。由此可以得出在不要求有较高力学性能时,可以选择NBR/PVC质量比为50/50,这样可以明显地降低成本。

  不同PVC配比制品的SEM分析为NBR/PVC的质量比,下类同。

  表2不同质量比NBR/PVC的发泡样品密度序号质量比170C自由发泡密度/(g 2.3发泡剂用量固定硫化体系以及D0P的用量,选用NBR/PVC质量比为50/50,考察改变发泡剂用量对发泡制品密度与泡孔结构的影响。

  表3NBR/PVC发泡试验配方序用量/质量份密度1;7密度2)/ 1)为170C自由发泡的密度;2)为170C模压发泡的密度。

  由表3可见,随发泡剂用量的增加,模压发泡密度呈现出预想中的减小趋势,当发泡剂添加量为18份时获得密度达0. 045g/cm3,发泡制品密度最小。为不同发泡剂用量的NBR/PVC发泡材料的SEM照片。由可见,气泡呈现为变形的圆形或椭圆形,具有完整的泡壁,表明所制备出的橡胶发泡材料是以闭孔结构为主,这与有明显的区别,这两者的配方区别在于增加了增塑剂,因此增塑剂的影响也是很明显的,因数据原因现不讨论。从看出随发泡剂用量的增加,发泡材料中的泡孔数目和直径增加,泡壁变薄,气孔内部压力变大,因此在用剪刀制样时,气泡爆破,孔壁自支撑能力较差。

  不同发泡剂含量制品的SEM分析在自由发泡工艺中,发泡制品密度并没有随发泡剂用量的增加而降低,相反呈现上升趋势。因此,如要降低自由发泡制品密度,应进一步对硫化体系进行调整。

  3结论3种硫化体系对比中可以看出,采用有效硫化体系时发泡制品泡孔结构较好,其泡孔分布均,闭孔率高。

  泡制品泡孔直径较大,密度最小,泡孔结构较好。

  模压发泡与自由发泡对比,模压发泡更利于制得较低密度的制品。这是因为硫化速度远低于发泡速度,而模压发泡可以提供外部压力,对发泡剂分解的气体起到一定的缚作用。模压发泡时,发泡制品密度随发泡剂用量的增加而减小。

(完)

 
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