氯化聚乙烯橡膠/丙烯酸酯橡膠共混物相容性的研究

劉吉超，張曉芳，張清陽，鄧 濤

（青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042）

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，單一組分材料往往無法滿足應(yīng)用需求或出現(xiàn)功能過剩的現(xiàn)象。通過共混可在現(xiàn)有聚合物的基礎(chǔ)上制得種類繁多、性能優(yōu)異、能夠適應(yīng)多層次需求的新型材料，這對于拓展高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域、滿足生產(chǎn)需要具有十分重要的意義[1]。聚合物材料的改性一般包括橡膠和塑料并用、纖維補強塑料、纖維補強橡膠、橡膠并用等。使用無機填料填充基體通常可以降低制品成本，提高剛性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，但往往會導(dǎo)致沖擊強度和拉斷伸長率的下降[2]。使用纖維補強塑料可以大幅度提高其拉伸強度，但同樣會導(dǎo)致沖擊強度特別是拉斷伸長率下降。

橡膠并用是將一種橡膠與另一種或幾種橡膠進行機械共混，是改善橡膠加工技術(shù)和橡膠制品質(zhì)量的重要途徑[3-4]。丙烯酸酯橡膠（ACM）具有良好的耐熱、耐油、耐候性，但價格較高，并且其加工性較差，易粘輥。氯化聚乙烯橡膠（CM）加工性能優(yōu)良，價格便宜，而且具有高填充、與其他聚合物在宏觀上有良好的相容性等優(yōu)點。ACM與CM兩者共混可在提高性能的同時降低成本。

本工作研究CM/ACM并用比、共混溫度對CM/ACM共混物相容性的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料與配方

CM，牌號135B，濰坊亞星化學股份有限公司產(chǎn)品；ACM，無錫諾邦橡塑有限公司產(chǎn)品。

研究并用比對CM/ACM共混物玻璃化溫度（Tg）的影響時，CM/ACM共混物配方見表1。

表1 CM/ACM共混物配方 份

研究溫度對CM/ACM共混物Tg的影響時，選取CM/ACM并用比為50/50的共混膠，測試溫度分別為80，100，120，140和160 ℃。

1.2 主要儀器與設(shè)備

TD6001型稱料天平，余姚市金諾天平儀器有限公司產(chǎn)品；X（S）160A型兩輥開煉機，青島化工機械廠產(chǎn)品；RM-200C型轉(zhuǎn)矩流變儀，哈爾濱哈普電氣技術(shù)有限公司產(chǎn)品；DSC-Q20型差示掃描量熱儀，美國TA公司產(chǎn)品；MZ-4016B型門尼粘度計，江蘇明珠試驗機械有限公司產(chǎn)品；AI-7000M型電子拉力試驗機，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

1.3.1 生膠門尼粘度試樣

生膠試樣按照GB/T 15340—2008《天然、合成生膠取樣及制樣方法》中的有關(guān)規(guī)定制備。

1.3.2 配方變量試樣

將配比稱量好的1#～6#生膠分別在160 ℃的轉(zhuǎn)矩流變儀內(nèi)共混，共混時間為300 s，排料，備用。

1.3.3 變溫試樣

CM/ACM并用比固定為50/50。分別在80，100，120，140和160 ℃下進行共混，排料，備用。

1.4 性能測試

門尼粘度：按照GB/T 1232.1－2000《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計進行測定 第1部分：門尼粘度的測定》進行測試，預(yù)熱1 min，測試4 min，分別測試80，100，120，140和160 ℃下的門尼粘度。

Tg采用差示掃描量熱儀進行測試，測試條件為：氮氣氛圍，升溫速率 5 ℃·min-1，溫度范圍－80～＋80 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對生膠門尼粘度的影響

溫度對粘度和分散相的尺寸有比較大的影響，不同溫度下CM與ACM的門尼粘度[ML（1＋4）]見表2。

表2 不同溫度下CM和ACM的門尼粘度

從表2可以看出：隨著溫度的升高，CM生膠的門尼粘度變化明顯，其最大差值為77.13；ACM生膠隨著溫度的升高門尼粘度下降較小，其最大差值為7.15。可以看出，與ACM相比，CM的門尼粘度對溫度變化更敏感。

2.2 CM/ACM并用比對共混物Tg的影響

不同并用比的共混物兩相的Tg可以間接反映兩相的相容性。如表2所示，認為在高溫（160 ℃）共混時，兩種橡膠的粘度接近，具有良好的相容性。因此固定共混時轉(zhuǎn)矩流變儀的溫度、轉(zhuǎn)速和共混時間，對不同并用比的共混物進行差示掃描量熱試驗，得到不同并用比對共混物Tg影響的曲線，如圖1所示。

圖1 不同CM/ACM并用比對共混物Tg的影響

由圖1可以看出，4組共混膠中ACM的Tg均低于純ACM的Tg，且2#配方的CM和ACM的ΔTg最小，隨著ACM用量的增大，ΔTg增大，說明相容性和共混物各組分所占比例有關(guān)。由試驗結(jié)果可知，在50 ℃左右出現(xiàn)峰值，認為是CM中少量結(jié)晶部分的結(jié)晶熔融峰。

2.3 共混溫度對共混物相容性的影響

2.3.1 共混物Tg

不同共混溫度下，共混物（并用比均為50/50）CM相和ACM相的Tg見表3。

表3 不同溫度下CM/ACM（50/50）共混物的Tg ℃

從表3可以看出，共混溫度對CM/ACM共混物兩相的Tg影響不大。

溫度主要影響橡膠的粘度，溫度越高，兩相的粘度相差越小，分散相的尺寸越小。在并用比一定的情況下，粘度大的在共混過程中形成分散相，粘度小的易形成連續(xù)相[4]。CM與ACM共混時，CM的粘度大，為分散相；ACM的粘度小，為連續(xù)相。CM/ACM共混物在不同共混溫度下的結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖2所示。

圖2 CM/ACM共混物在不同共混溫度下的結(jié)構(gòu)形態(tài)

2.3.2 共混物拉伸強度

溫度影響橡膠粘度的同時，還影響共混時兩相界面的作用力。因此將生膠在開煉機上下片，用模具壓成致密無氣泡的試片，并制得啞鈴形試樣進行拉伸試驗，測得共混溫度為80，100，120，140和160 ℃時，對應(yīng)的共混物的拉伸強度分別為1.87，2.04，2.11，2.16和2.31 MPa。可見，隨著溫度的升高，共混物的拉伸強度增大，即高溫使共混界面間作用力增大。

3 結(jié)論

（1）CM的門尼粘度對溫度變化敏感，ACM不敏感。CM和ACM生膠的門尼粘度差值隨著溫度的升高而變小。

（2）在CM/ACM共混體系中，并用比對兩相的Tg影響較大，體系中CM比例越大，CM和ACM的Tg差值ΔTg越小，相容性越好。

（3）在CM/ACM共混體系中，共混溫度對兩相的Tg影響不大，但可以影響共混時分散相的尺寸以及共混界面作用力的大小。