PP／EPDM复合材料性能研究

力工 应用口

弹C0—SMI性，—LT45体001)~ H A57O 21,:C I E8 ES N 2 ( R 8 50 A

P/ D复合材料性能研究 * E P PM陈瑶，黄俊，璧耀一吴(武汉工程大学材料科学与工程学院，北武汉 4 0 7 )湖 3 0 4

摘

要：究了聚丙烯 ( P/研 P )三元乙丙橡胶 ( P E DM)复合材料的结构、备条件对复合材料力学性制

能的影响。结果表明：复合材料拉伸强度、曲强度争弯曲模量主要是由连续相 P该弯 P决定； P E DM在 P P中的分布和形态影响材料的冲击性能；着 E DM含量的增加材料的冲击强度提高到 4 . Jm。随 P 6 9l/,【

断裂伸长率最大可达 7 0,复合材料的流动性能略有下降。 7但关键词：元乙丙橡胶；变性能； P E DM复合材料三流 P/P

中图分类号： 3 . TQ3 34

文献标识码： A

文章编号：o 53 7 ( o8 O—0 7O 1 0— l4 2 0 ) 50 4一4

2 O世纪 7 O年代由 F s e首先提出动态硫化 i r h

技术的概念[] 8 1, O年代 C rn等人发展成动态 oa全硫化技术[,用动态全硫化技术可使制备 3采]的聚丙烯 ( P/ P )三元乙丙橡胶 ( P M )塑性弹 E D热

1实验部分 1 1原料 .

E D: r e 4 2 P, o e P M No dl 7 5 Mo n y粘度 2, 5第三单体为 E NB, w C e c lC . P: 7 8 Do h mia o; P 7 2, 8 0,京燕山石化；化酚醛树脂： 33北溴山西化工研究所；它助剂均为市售。其12仪器与设备 .

性体的综合性能得到明显的改善，其是 P尤 P复合材料的弹性、油性和耐温性等。故该类材料耐在汽车工业、电线电缆及土木建筑等行业[] 6得 到广泛的应用。

目前，为 E D硫化剂的主要有过氧化作 PM物、单质硫和酚醛树脂。利用过氧化物作为硫化

同向双螺杆挤出机： HJ一3, S 6南京诚盟化工机械有限公司；注射机：P O广东泓利机械有 J H5,限公司；能制样机：北省承德试验机厂；臂万河悬梁冲击实验机：(

U一2,德实验机有限公司； ) J 2承 万能试验机： W一2, WD O深圳凯强利机械有限公司；高温转矩流变仪： M一2 0哈博电器制造公 R 0,司；扫描电子显微镜 S M:S一5 1 L日本 E JM 5 0 V,电子 (E )司。 J OL公 1 3复合材料的性能测试 .

剂制备的产品色浅，是在加工过程中释放出强但烈的刺激性气味，且过氧化物氧化分解形成的而

自由基可能导致聚丙烯树脂的降解，而影响最从终复合材料的性能。利用单质硫作为硫化剂制备的材料的综合性能不佳。酚醛树脂能选择性地对 E D进行交联， PM而对 P P的性能影响较小，故所制备的复合材料的力学性能较好。例如利用酚醛树脂硫化的 P/ P M共混型热塑性弹性体在 PE D

较高转速下仍保持表面光滑，工性能优良。但加是这类复合材料的颜色较深，能用作深色塑料只

拉伸性能按 G/ 0 O 9 B T l4一 2测试，验速率实为 5 m r n弯曲性能按 G/ 3 1 2 0 0r/ i; a a B l T 9 4 - 00测试；悬臂梁冲击性能按 G/ 8 3 1 9 B T 14— 96测试，试样在 -2 0℃的环境中放置 1,出后立即进行冲 6取 h

制品的原料。本文采用较少报道的溴化酚醛树脂作为 E DM橡胶的硫化剂，讨各项条件对利用 P探动态硫化技术制备的 P/ P M复合材料性能 PE D的影响。收稿日期：0 8 6 6 2 0—0—1

击强度的测定；体流动速率按 G/ 3 8- 2 0熔 B T 62 0 0测定，荷 2 _测试温度为 2 0℃;负 12N, 3利用 Hapo rr高温毛细管流变仪，毛细管直径为 1 2 31长径 . 71", 11 2

作者简介：陈瑶 (9 2一，,北钟祥人，读研究生， 18 )男湖在 研究方向为功能高分子材料的制备。 *校企合作项目* *通讯联系人

比为 2/, 1 0℃下进行材料的高温流变性能测 0 1在 9定，数据由计算机进行处理；E:条经液氮完全 SM样冷却后脆断，用热的刻蚀液刻蚀脆断面 2m n然后 i,

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弹

性

体

第1 8卷

真空下干燥，刻蚀液完全挥发、金后用扫描电待喷镜观察断面

的形态结构。14试样制备 .将 P P和 E D预混 1 P M~3次，成预混料，制

准样条，测试其性能。

2结果与讨论2 1橡塑比( P M/ P对复合材料性能的影响 . ED P )

再将预混料、溴化酚醛树脂硫化剂、氧剂等助剂抗一

选定加工工艺和加料顺序，选定 1 0℃硫化 9温度，固定硫化剂酚醛树脂用量，察橡塑比对考 P/ P M复合材料的性能的影响，实验结果 PE D其如表 1示。所

起混合加入双螺杆挤出机反应挤出，粒，工造加

温度控制在 15 1 5℃。挤出切粒后的试样干 8~ 9

燥 2h后再进行二次挤出、 造粒，干燥后注塑成标

表 1橡塑比对复合材料性能的影响

w( P E DM)%/

拉伸强度/ a断裂伸长率/ MP2. 5 19 22 6 . 8 1. 9 31 2 . 1 5 1

弯曲强度/ a弯曲模量/ a低温缺口冲击强度 ( 2 MP MP 一 0℃) ( J / k m )82 . 6 0 4 8 8 8 2 . 8

73 8 9.982 . 4 6 8

从表 1可以看出， E D含量较低的情况下，在 PM

纹扩大的作用E9, 83从而可以吸收更多的能量，,达到提高冲击强度的目的。22硫化剂溴化酚醛树脂的用量对复合材料力学 .性能的影响

复合材料拉伸强度、曲强度和弯曲模量主要是由弯 连续相 P P提供，其结果差别不大。但是断裂伸长率和低温缺口冲击强度随着橡胶 E D含量的增加而 PM逐渐增加。这是因为在 E D硫化过程中， PM同时在螺杆的剪切力作用下以微小的粒子的状态分散在连续相 P P中，这些橡胶粒子起到了引发银纹和终止裂

选定加工工艺和加料顺序，考察硫化剂用量对ED P P M/ P复合材料力学性能的影响，实验其结果如表 2所示。

表 2硫化剂用量对复合材料力学性能的影响

u(化剂 )%,硫/

拉伸强度/ a断裂伸长率/ MP %

弯曲强度/ a弯曲模量/ a低温缺口冲击强度 ( 0℃) (J ) MP MP一2/k m

1 )加工温度为 1 0℃; P EP 9 P/ DM=9/0 01。

从表 2数据可以看出，化剂用量对复合材硫料拉伸强度、曲强度和弯曲模量影响不大。因弯为这些性能主要

是连续相 P P提供。断裂伸长率和冲击强度随着硫化剂用量增加出现先增大后减小的情况。硫化剂用量决定了 E D硫化程度。 P M

动态硫化 E DM/ P复合材料经过甲苯刻蚀后 P P

的扫描电子显微镜的照片。从图 1可以看出，在连续相 P P中存在很多空洞。这些空洞是材料在用甲苯刻蚀时分散在材料中的 E D粒子脱落 P M下后留下的。由于 E DM与 P P P在熔融状态下均

硫化剂用量低时，硫化程度低，时橡胶很难被剪这切成粒径很小的粒子， P在 P中分散也不很均匀。 当硫化剂过量后，出现过硫化现象，所有这些都会使复合材料的力学性能降低。2 3材料的扫描电镜分析 .

匀共混后，入硫化剂，混体系中的 E D组加共 PM分在动态全硫化条件下完全硫化，被剪切成橡并胶颗粒分散在 P P的基质中，当环境温度降至 P P的结晶温度时， P E D共混物中 P P/P M P将开始结晶，紧邻橡胶粒子表面的 P但 P的分子链的排列受到橡胶颗粒的限制而使其结晶性能降低形成非晶区，而远离 E DM橡胶颗粒区域的 P P P部分易形成结晶区。P P非晶区的分子链与 E DM橡 P

具有不同力学性能的 2种 P/ P P E DM复合材料的扫描电镜分析如图 1图 2所示。其中 P/与 P E DM/化剂一8/ 5 2加工温度为 1O。 P硫 5 1/; 9 C。图 l与图 2在透射电子显微镜下观察到的是

胶颗粒分子链实际上相互渗透缠结，因而共混体

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第 5期

陈

瑶 . . P E DM复合材料性能研究等 P/ P

9 4

系具有一定的相容性，而导致复合材料具有良从好的力学性能。●

日

邑\

据豁

剪切速率(/ ) s

图 3 E D食量对复合材料流变性能的影响 P M囤 1 00 7 3—8样品的 S M图 ( 00 0 E×1 0 )

硫化剂用量对 P P材料熔体流变性能的影响如图 4所示。硫化剂溴化酚醛树脂是一种低分子

量的化合物，的用量主要影响分散在 P它 P中的橡胶粒子的交联密度。如果 P P材料中不存在 E DM橡胶，实际上只是以一种低分子的聚合 P它物分散在 P P树脂中，于硫化剂用量不大

,以由所 它对材料的熔体流动性能的影响不明显。

图 2 0 0—9样品的 S M图 ( 00 0 73 E X1 0 )●

图 2反映的是综合力学性能不好样品，图从

V

\

2可以看出，中橡胶相并没有以分离的粒子分其布在 P P连续相中，子的粒径大而且粒子间相粒

舞:京

互粘连形成了一种网状的结构。因此当试样经甲苯刻蚀后橡胶粒子不能从 P P连续相中脱落分离。由于这种结构的存在，胶粒子周围的 P 橡 P

的结晶性没有发生太大的变化，而导致其与从 E D问的相容性变差，合力学性能也差。研 P M综究表明：种结构的差别是与复合材料的加工方这式有关的。2 4流变性能 .图 4硫化剂用量对 P P材料流变性能的影响

3结论 ( )在 P/ D复合材料制备过程中， 1 P EP M在剪切力作用下经溴化酚醛树脂硫化的 E D被 P M分散成微小粒子，而形成具有“从海~岛”构结 P/ P M复合材料。 PE D

复合材料的流变性能对材料的加工成型有很大影啊，以研究材料的流变性是十分必要的。所

E D的用量对复合材料熔体的流变性能的影 P M响如图 3所示。

图 3表明： E DM与 P的比例在 5 9当 P P/5

( )连续相 P 2 P的性能对该复合材料拉伸强

时，复合材料的剪切粘度要小于纯 P的剪切粘 P度。这是因为低橡胶含量的时候，匀分布在 P 均 P

度、曲强度和弯曲模量起决定性的作用，均匀弯而分散在 P P连续相中的 E DM橡胶粒子对 P P P树脂起到很好的增韧效果。随着该材料中橡胶粒子含量的提高，料的低温冲击性能得到明显的提材高。

中的像胶粒子起到了流动促进剂的作用。它使得 P r分子链之问的摩擦阻力减少，度降低。增加粘E I的用量，合材料的熔体粘度略有增加， P) M复 但是变化不大。

( )在制备 P/ P M复合材料时，着溴 3 PE D随

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弹

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体

第l 8卷

化酚醛树脂用量的增加，料的低温冲击性能提材高，用量过高材料的综合力学性能变差。但 ( )复合材料中橡胶粒子的含量对

材料的高 4温熔融条件下的流动性有明显的影响，着橡胶随

c o[] Co a Y, t lR Ru h r t r p a t o ost ns 3 r n A Pa e P. b e he mo l si c mp ii,

Pat I r,EPDM— p lp o y e e hemo lsi v la iae oy r p ln t r pa t c u cnz t s

[] Ru brC e Teh 18,5 ( ) 1l 5 . J. b e hm c, 0 1 3 1:4~1 0 9n[] Co a YITh r pa tcv la iae foei u b ra d 4 r nA e mo lsi uc nz tso lf r b e n

p loei ei P . P 43 5 5 1 7—2—1. oy lf rs n n[] US:10 3,9 81 9' l c[] Coa Y, tlR Wfimsn b e h r pa t O 5 rn A Pae P。 l a Ru b rt emo lsi c m-p s i n r S lc i g p l me s f r t e mo ls i v la i o i o sPa t v. ee tn o y r o h r p a t u c n— t c

粒子含量的提高，材料的高温流动性变差。但是在橡胶含量不变的条件下，化剂溴化酚醛树脂硫的用量对材料的性能影响不大。

gt刀. u br hm eh。9 2 15 1:1~16 ae s[ R b e T e C c 18,5 () l6 3.[]黄英，晓辉，郁忠 .丙烯/元乙丙橡胶共混体系的研 6刘李聚三

参考文献：n mia l p r i l c r d y y[ 3 Fihe K, o d u y Co n 1 s r W W o b r n .Dy a c l a ta l u e

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[ . w ok Pe u P es1 7 .7 1 . M] Ne Y r: ln m rs,96 7~I 6 [ 3吴培熙，留城 .合物共混改性[ .京：国轻工业出 9张聚

M]北中版社，9 69~ 1 3 1 9. 8 0 .

ploei lsi P . P:8 6 5,94—0 oy lf pa t n c[] US 3 0 5 8 1 7 3—2 . 3[] Fse K.ntu t n l n mue n e i v . P 2 ih r W Isrci a da smet vc I] US: o a d e3 5 6 3。9 3一O9— 1 . 7 8 9 l7 1

Su yo h rp riso P E D cmp st tras td ntep o et f/ P M o oi maeil e P eCHEN o HUANG u Ya, J n,WU iy o B—a

( c o l fM ae il S i c n n iern Wu a nt ue f T c n lg Wu a 3 0 4 S h o o tr s ce e d E g n eig, h nIsi t o eh oo y, h n4 0 7, a n a tCh n ) ia

Ab ta t M o p oo y me h nc lp o e t s a d p o e sn o dto so P E sr c: r h lg, c a ia r p ri n r c s ig c n iin fP/ PDM o o ie e c mp stmae il we esu id Th e u ts o h ttn i te g h,lx r l te g h a d f x r l d ls tr s a r t d e。 er s l h wst a e sl sr n t fe u a r n t n l u a e s e mo u ua ema n y i fu n e y t ePP c n i u u h s . e i a t t e g h i i f e c d b it i u i n o r i l n l e c d b h o tn o sp a e Th mp c r n t n l n e y d s r to f s s u b d s e s d p r il n o p o o y W ih i c e sn h s r c i n o ip r e a tce a d m r h l g . t r a i g t e ma s fa to f n EPDM。 p c te g h i lo i a ts r n t sa s m

icesdt 6 9 J m。a dma i m o ln ainrt t ra a e e c e 7 b t lw a i— n rae o4 ./,n xmu f o gt ae ekc nb ah d7 0 k e o ab r u o bl f it f

t e c m p s t t r l th g e e a u e i d c e s d i o o t y o h o o i ma e i s a i h t mp r t r s e r a e n s me s r . e a Ke r s:e h e— r py e e dine r be r e l gia r pe t PP— y wo d t ylne p o l n— e ub r; h o o c lp o r y; EPDM o c mpo ie ma e i l st t ra s

能性高分子材料，吸收自重成百上千倍的水分，可

而且在受压情况下保水性能好。普通的吸水材料如海绵、吸水纸等只能吸收自重 2 O倍左右的水， 新型高吸水性树脂在福福州面世受压时吸收的水即被挤出，保水性能很差。福州大学研发的这项新产品，吸水率高达 5 0g g对 0/,生理盐水的吸收率约为蒸馏水吸收倍率的 1 1。/ 0据介绍，该产品可广泛应用于农业抗旱保水、

福州大学近日研发出以淀粉和丙烯酸为主要原料，采用溶液共聚法制备的高吸水性树脂。该

产品还具有生物降解性。高吸水性树脂是一种具有超强吸收能力的功

无土栽培、果蔬保湿、沙漠治理、医疗卫生、土木建

筑防渗堵漏等领域。

(李

峰)