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體系性能的影響。結果表明，當單獨添加WGRT時，隨著添加量的增加，體系的拉伸強度、100%定伸應力逐漸下降，邵氏A硬度逐漸升高；當在不同的WGRT添加量情況下，隨著M603相容劑添加量的增加，體系的拉伸強度和100%定伸應力都逐漸升高后趨于穩定；當在不同的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WGRT的添加量為12份，M603為0.8份，Z680為0.4份時，體系的拉伸強度和100%定伸應力值分別達到5.17MPa和2.71MPa，邵氏A硬度值達到67，與TPV的性能基本相同，說明使用廢舊輪胎橡膠粉結合相容劑與再生劑對TPV進行填充改性，而達到降低成本的目的是可行的。

【關鍵詞】TPV；橡膠粉；填充改性；相容性；再生劑

中圖分類號： U414 文獻標識碼： A 文章編號： 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

當前國內廢舊輪胎的循環利用常采用先制備成橡膠粉然后再進行利用的方式，這種膠粉的制備工藝簡單、價格低廉[1]。TPV（熱塑性硫化橡膠）是一種通過動態硫化技術制備的共混材料，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良特性[2]，比傳統的TPE（熱塑性彈性體）材料具有更好的綜合性能，但價格偏高限制了其使用領域的擴展。本文將橡膠粉結合相應助劑添加到TPV中進行填充改性研究，以期在不影響TPV主要性能的情況下，降低TPV的使用成本。

1 實驗部分

1.1 原材料

TPV（PP/EPDM）S1070N，首發塑化，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 設備儀器

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

1.3 TPV/WGRT復合材料的制備

先將WGRT進行干燥處理，再與TPV、其他物料混合攪拌均勻，再加入到密煉機中進行塑化混煉，出樣經過冷卻后進行破碎得到粒子，最后將其經注塑機注塑成測試樣條。其中，在添加再生劑Z680時要先與WGRT單獨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測試拉伸強度、斷裂伸長率、100%定伸應力；

硬度測試：按照ASTM D2240測試邵氏A硬度；

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

2 結果討論

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中經過混煉后得到的體系中WGRT是以填充物的方式存在，通過設定TPV固定添加量為80份（以下同），研究改變WGRT添加量對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，體系的拉伸強度與100%定伸應力也隨之逐漸降低，這說明WGRT的添加降低了體系的力學性能，微觀上WGRT與TPV之間的相容性差，因為TPV是以PP（聚丙烯）為連續相、動態硫化的EPDM為分散相的熱塑性彈性體材料，而WGRT是交聯狀態的橡膠顆粒，它們之間界面相容性很差[3]。

2.2 相容劑添加量的影響

對于共混體系，良好的界面相容性是體系獲得優良性能的重要前提[4-5]，添加嵌段或接枝共聚物對其中一相進行化學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、更穩定的能夠改善界面相容性的有效基團；在不同WGRT添加量的體系中，通過逐步增加M603的添加量對其體系拉伸性能的影響進行研究。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，體系的拉伸強度與100%定伸應力都呈現出先升高后趨于穩定的趨勢，拉伸強度提高6～9%，100%定伸應力提高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

再生劑是一種預期可以在加熱時使WGRT發生脫硫、解除交聯的助劑，從而使WGRT重新具備一定的熱塑性。在2.2節基礎上固定添加0.8份M603的情況下來研究Z680添加量對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，體系的拉伸強度與100%定伸應力都大體呈現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，拉伸強度提高幅度最大超過6%， 100%定伸應力提高幅度最大近9%。這說明再生劑的加入發揮了實際作用，使得WGRT在加熱混煉時可以發生一定程度的解除交聯并塑化，從而更好地分散在TPV中，而在Z680高添加量時體系的拉伸性能反而下降，且通過圖4可以發現，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，分析原因為過量的再生劑對體系的橡膠相重新交聯造成一定阻礙，對橡膠相與PP連續相之間的相容性也造成負面影響，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）：

（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，體系的拉伸斷裂界面上可以看到裸露的WGRT顆粒，驗證了WGRT與TPV的相容性差的事實；通過圖5（b）可以觀察得出，在20份WGRT添加量基礎上添加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，體系的拉伸斷裂界面相對平整，有更均勻相態分布，無明顯橡膠顆粒嵌入現象，說明了Z680對于WGRT顆粒的解聯再塑化和分散作用。

3 結論

廢舊輪胎橡膠粉WGRT作為填料添加到TPV中，在協同添加適量再生劑與相容劑時，可以做到基本不降低TPV原有的力學性能，能夠達到降低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度與100%定伸應力；適量的再生劑加入可以改善WGRT與TPV混煉時的塑化分散效果，從而提高體系的拉伸性能，同時邵氏A硬度得到一定程度降低。

【參考文獻】

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