聚烯烴對絹云母/三元乙丙橡膠復合材料結構與性能的影響

90橡膠工業(yè)2014年第61卷聚烯烴對絹云母/三元乙丙橡膠復合材料結構與性能的影響蘇珺,李彩虹(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院,江蘇南京210023)摘要:研究聚烯烴包括聚丙烯、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚烯烴彈性體對絹云母/三元乙丙橡膠復合材料微觀(guān)結構、物理性能、導熱性能和導電性能的影響。結果表明:隨著(zhù)聚烯烴結晶度的增大,復合材料的最大轉矩硫化速率和撕裂強度呈增大趨勢,焦燒時(shí)間縮短,導熱性能提高導電性能變化不大。關(guān)鍵詞:三元乙丙橡膠;絹云母;聚烯烴;物理性能;導熱性能;導電性能中圖分類(lèi)號:TQ333.4;TQ330.383文獻標志碼:A文章編號:1000890X(2014)10-0590-05三元乙丙橡膠(EPDM)由乙烯、丙烯共聚和亞乙基2降冰片烯,其中乙烯基、丙烯基和第三第三單體制得,其主鏈飽和,具有優(yōu)異的耐熱、耐單體質(zhì)量分數分別為0.520,0.403和0.077),吉氧和電絕緣性能,廣泛應用在建筑行業(yè)和電線(xiàn)、電林化學(xué)工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品;絹云母,牌號纜領(lǐng)域口。但由于EPDM為非極性橡膠,其熱導GM2(粒徑為10m),滁州格銳礦業(yè)有限責任公率較小2,且EPDM為非自補強型橡膠,需添加司產(chǎn)品;PP(牌號F401)和HDPE(牌號5000),填料進(jìn)行補強。絹云母是一種通用的片狀導熱填中國石化揚子石油化工有限公司產(chǎn)品;EVA,牌料,將其添加至EPDM中不僅可提高EPDM的號183(VA質(zhì)量分數為0.18),北京化工二廠(chǎng)產(chǎn)導熱性能,還能對其進(jìn)行補強。但絹云母對EP品;POE,牌號5061,美國?？松梨诠井a(chǎn)品。DM復合材料的補強效果不及傳統補強型填料351.2試驗配方半結晶型塑料具有排列規整的晶格,其導熱絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料:EPDM性能和物理性能均優(yōu)于非結晶材料。因此,可以80,聚烯烴(變品種)20,絹云母100,氧化鋅考慮將半結晶型樹(shù)脂與絹云母/EPDM復合材料5,硬脂酸1,防老劑RD0.5,防老劑MB進(jìn)行共混,在提高絹云母/EPDM復合材料物理0.5,硫化劑DCP4性能的同時(shí)提高其導熱性能69。本工作研究聚純EPDM硫化膠中無(wú)聚烯烴和絹云母,EP烯烴包括聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、DM用量為100份,其余同復合材料。乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)和聚烯烴彈性體1·3主要設備和儀器(POE)對絹云母/EPDM復合材料的微觀(guān)結構、sK-160B型兩輥開(kāi)煉機,上海橡膠機械廠(chǎng)產(chǎn)物理性能、導熱性能和導電性能的影響,并與純品;XL25型平板硫化機,上海第一橡膠廠(chǎng)產(chǎn)品;EPDM硫化膠進(jìn)行對比。Nexus670型傅里葉變換紅外光譜(FTIR)儀,美國熱電尼高力公司產(chǎn)品;MDR-2000型硫化儀,無(wú)實(shí)驗錫蠡園電子化工設備有限公司產(chǎn)品;CMT52541.1主要原材料型電子拉伸機,深圳市新三思材料檢測有限公司EPDM,牌號 EPDM J-4045(第三單體為5-產(chǎn)品;LX-A型硬度計,江都市明珠試驗機械廠(chǎng)產(chǎn)基金項目:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項目(QK1201-03)品;JSM5900刊掃描由子品微(SFM),日本電作者簡(jiǎn)介:蘇珺(1985-),男,江蘇南京人,南京工業(yè)職業(yè)技子株式會(huì )社中國煤化工折儀,瑞士CNMHG術(shù)學(xué)院助教,碩士,主要從事功能橡膠復合材料研究工作Hot disk公海電表六第10期蘇珺等.聚烯烴對絹云母/三元乙丙橡膠復合材料結構與性能的影響591廠(chǎng)產(chǎn)品1.4試樣制備1.4.1絹云母改性將絹云母放入120℃的烘箱中干燥4~5h,然后將絹云母和硬脂酸(用量為絹云母用量的1%)加入80℃高速混合機中混合20min291028501561.4.2復合材料將EPDM分別與4種聚烯烴在開(kāi)煉機上進(jìn)O400035003000250020001500行混煉(其中HDPE,EVA和POE的混煉溫度為波數/cm150℃,PP混煉溫度為180℃),待聚烯烴/EP1一改性前;2—改性后。DM包輥后加入處理后的絹云母進(jìn)行混煉,混勻圖1改性前后絹云母的FTIR譜后逐次加入其他配合劑,薄通打三角包5次后出從圖1可以看出,絹云母經(jīng)過(guò)硬脂酸偶聯(lián)劑片。膠料在室溫下放置24h后在平板硫化機上表面處理后,在2910和2850cm1附近出現強硫化,硫化條件為180℃/10MPa×20min吸收峰,這是亞甲基中C—H鍵的對稱(chēng)伸縮振動(dòng)1.5測試分析吸收峰。表面處理后絹云母在1560cm-附近出1.5.1FTIR分析現較強吸收峰,該吸收峰為羧酸根離子—COO將絹云母顆粒與溴化鉀混合,壓成薄片后采中C=O鍵不對稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收峰1。這說(shuō)明用FTIR儀進(jìn)行測試,掃描范圍為650~4000硬脂酸分子已包覆在絹云母表面2.2SEM分析1.5.2硫化特性純EPDM硫化膠空白樣和4種絹云母/聚烯稱(chēng)取約7g混煉膠放入硫化儀中進(jìn)行硫化曲烴/EPDM復合材料的TEM照片如圖2所示。線(xiàn)測試,測試溫度為180℃,測試時(shí)間為25min從圖2可以看出,絹云母/聚烯烴/EPDM復1.5.3物理性能合材料的斷面比較平滑,沒(méi)有明顯裂紋,絹云母為邵爾A型硬度按GB/T531-200橡膠袖片層狀,在基體中均勻分散,并且相互接觸,使得珍硬度計壓入硬度試驗方法》進(jìn)行測試;拉伸性能整個(gè)斷面形成較為平整的有機整體,有利于提高采用電子拉力試驗機按GB/T5282004硫化導熱效果。橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》進(jìn)23硫化特性行測試。圖3所示為純EPDM和絹云母/聚烯烴/EF1.5.4SEM分析DM膠料的硫化曲線(xiàn),硫化數據如表1所示。先將硫化膠在液氮中淬斷,斷面噴金后采用從圖3可以看出,絹云母/POE/EPDM絹云SEM進(jìn)行觀(guān)察并拍照母/HDPE/EPDM、絹云母/EVA/EPDM、純EP1.5.5導熱性能和導電性能DM、絹云母/PP/EPDM膠料的最大轉矩依次減硫化膠熱導率采用導熱分析儀進(jìn)行測試,試小。通常加入填料會(huì )增大膠料的最大轉矩,但絹樣規格為φ60mm×10mm;按GB/T2439—云母/PP/EPDM膠料的最大轉矩小于對比樣2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠導電性能和耗散性EPDM膠料,這是由于P為半結晶型樹(shù)脂,在硫能電阻率的測定》采用高阻計測定硫化膠的導電化條件下熔融,從而降低了膠料的轉矩。PP,性能。HDPE,EVA和POE的結晶度分別為55%,48%,21%和6%6。,由于HDPE,POE和EVA2結果與討論的結晶度都比PP低,因此其降低最大轉矩的效2.1FTIR分析果不明顯中國煤化工料、HDPE/改性前后絹云母的FTIR譜如圖1所示。絹云母/EFCNMHGEPDM膠料592橡膠工業(yè)2014年第61卷a)空白樣(放大1000倍)(b)POE(放大1000倍)(c)EVA(放大1000倍)( d) HdPe(放大1000倍)(e)空白樣(放大5000倍)f)POE(放大5000倍)(g)EVA(放大5000倍)h)HDPE(放大5000倍)Gi)PP(放大1000倍)PP(放大5000倍圖2絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料的SEM照片062表1絹云母/聚烯烴/EPDM膠料的硫化特性項目空白樣聚烯烴POE EVA HDPE PPE最0.870.750.60570.65Iso/min4.433.606.123.782.800.320.220.030.120.12.676.9512.7212.375.75ML/(N·m)0.090.110.07140.19MH/(N·m)1.041.711.101.630.90時(shí)間/minve/(N·mmin-1)0.0770.2370.0810.1210.128聚烯烴品種:1-PP;2一空白;3-EVA;4-HDPE;5-POE合材料的物理性能如表2所示。圖3絹云母/聚烯烴/EPDM膠料的硫化曲線(xiàn)從表2可以看出,絹云母/HDPE/EPDM絹的最大轉矩大于EPDM對比樣1云母/PP/EPDM、絹云母/EVA/EPDM絹云母/從表1可以看出,與EPDM膠料相比,絹云POE/EPDM復合材料、EPDM硫化膠的邵爾母/聚烯烴/EPDM膠料的焦燒時(shí)間縮短,表明添A型硬度依次減小,這是由于HDPE,PP,EVA加聚烯烴和絹云母會(huì )降低膠料的焦燒安全性。和POE均為半樹(shù)B人后可堤高復合材2.4物理性能料的硬度。PI中國煤化工E,但絹云EPDM硫化膠和絹云母/聚烯烴/EPDM復母/PP/EPDCNMH絹云母/期蘇珺等.聚烯烴對絹云母/三元乙丙橡膠復合材料結構與性能的影響593表2絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料的物理性能度最高,因此絹云母/PP/EPDM復合材料的熱導目空白樣聚烯烴率也最高。PP HDPE EVA POE邵爾A型硬度/度2.6導電性能4969746657拉伸強度/MPa1.92.83.16.21.4電阻率可表征電流通過(guò)材料的能力。EPDM拉斷伸長(cháng)率/%185396638584硫化膠和絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料的導拉斷永久變形/%電性能如表3所示撕裂強度/(kN·m-1)28222111HDPE/EPDM復合材料。這是由于硬度不僅與表3絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料的導電性能結晶度有關(guān),還與材料中的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)有關(guān)。PP聚烯烴分子鏈側基為不穩定的甲基,在硫化劑DCP存在空白樣HDPE EVA POE情況下發(fā)生斷裂,并在斷裂的過(guò)程中消耗硫化劑體積電阻率X10-11DCP,使殘余硫化劑DCP的量相應減小,導致(0·m)68.03.61.51.68.9表面電阻率×10-12/n4.62.33.15.46.9絹云母/PP/EPDM復合材料在交聯(lián)過(guò)程中生成的化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)不足,使其硬度低于絹云母/從表3可以看出,加入聚烯烴后,復合材料的體積電阻率下降了一個(gè)數量級。這是由于加入的HDPE/EPDM復合材料。絹云母/EVA/EPDM復合材料的拉伸強度聚烯烴都會(huì )在EPDM復合材料中結晶,形成較多的晶相/非晶相界面,從而提高復合材料的界面極和拉斷伸長(cháng)率最大,同時(shí)其拉斷永久變形也最大,說(shuō)明其彈性較差。這是由于EVA熱解過(guò)程中生性,即絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料中存在著(zhù)成的醋酸使硫化劑DCP產(chǎn)生離子型分解,降低了較多的導電通路,有利于載流子在復合材料中的傳播。但復合材料的表面電阻率在加入聚烯復合材料的交聯(lián)密度1,因此絹云母/EVA/EP烴和絹云母前后變化不大,與EPDM對比樣的表DM復合材料的交聯(lián)鍵數量小于其他復合材料。在被拉伸到相同伸長(cháng)率的情況下,絹云母/EVA/面電阻率處于同一個(gè)數量級。EPDM復合材料承受的力較小,因此,絹云母/3結論EVA/EPDM需要更大的伸長(cháng)率來(lái)承受與其他復(1)絹云母/POE/EPDM膠料、絹云母/合材料所承受的相同拉力,具體表現為絹云HDPE/EPDM膠料絹云母EVA/EPDM膠料、母/EVA/EPDM復合材料的拉伸強度和拉斷伸EPDM硫化膠絹云母/PP/EPDM膠料的最大轉長(cháng)率都較大。此外,聚烯烴結晶度的提高有利于矩依次減小。增大復合材料的撕裂強度(2)絹云母/聚烯烴/EPDM復合材料的撕裂2.5導熱性能而增大,絹云EPDM硫化膠絹云母/ PP/EPDM組云母/EVA/EPDM復合材料的拉伸強度和拉斷伸長(cháng)率HDPE/EPDM∴網(wǎng)云母/EVA/EPDM絹云母/最大,分別達到6.2MPa和385%,(3)與EPDM硫化膠相比,絹云母/聚烯0.450,0.362,0.351和0.404W·(m·K)-1烴/EPDM復合材料的熱導率增大,其中絹云母可以看出,4種添加聚烯烴和絹云母復合材料的 PP/EPDM復合材料的熱導率最大,達到0.450導熱性能均較純EPDM硫化膠好,其中絹云母/w.(m,K)-PP/EPDM復合材料的導熱性能最好。(4)加入聚烯烴后,復合材料的體積電阻率下絹云母是常用的導熱填料,添加100份時(shí)能降了一個(gè)數量級,表面電阻率變化不大。提高復合材料的熱導率6,絹云母為片狀結構,長(cháng)徑比較大,更易于相互接觸,從而提高復合材料參考文獻的熱導率。此外,半結晶聚合物中排列整齊的晶c1 Prema中國煤化工al and Oxidative粒通過(guò)熱振動(dòng)完成熱量的傳遞。由于PP的結晶HCNMHGized Differently594橡膠工業(yè)2014年第61卷Using Sulfur Accelerator Systems [J]. 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