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橡膠與塑料并用技術(shù)
日期：2024-11-21 22:58
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摘要：
橡膠與塑料并用技術(shù) |
| 當(dāng)今橡膠材料已成為人們生活不可或缺的一類重要材料。但是，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對橡膠材料的性能提出了日益廣泛和苛刻的要求。以橡膠與塑膠并用的彈性體的研究日益引起重視，本文著重以橡膠為主并用部分塑膠進行共混形成的彈性體的性能予以介紹。 橡塑并用混溶性原則 談到橡塑并用材料的性能，必須提及聚合物的共混。橡膠和塑膠的共混是有條件的，并不是任意一種橡膠和任意一種塑膠都能夠進行共混，橡膠與塑膠共混體的性能取決於共混體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而形態(tài)結(jié)構(gòu)受橡膠與塑膠組分之間熱力學(xué)的相容性，以及實施共混的方法和工藝條件等方面的影響。 在討論共混體形態(tài)結(jié)構(gòu)的各類文獻中，常出現(xiàn)“相容性”、“混溶性”等不同的提法，一般以“相容性”表示熱力學(xué)的相互溶解，以“混溶性”表徵是否獲得比較均勻和穩(wěn)定的形態(tài)結(jié)構(gòu)的共混體系，而不論共混體系是否熱力學(xué)相互溶解。因此，即使熱力學(xué)不相容的共混體，依靠外界條件實現(xiàn)了強制的良好的分散混合，得到力學(xué)性能優(yōu)良的橡塑共混體，就可謂之混溶性好。 正因為橡塑能遵照混溶性好這一原則，實現(xiàn)橡膠與塑膠的并用，才會有相互性能之間的互補，從而提高彈性體的拉伸強度、撕裂強度、耐磨性和模量等性能，同時也可以降低扯斷伸長率和回彈性等性能。例如，在橡膠中并用高苯乙烯樹脂、改性酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等可提高強度；在二烯類橡膠中并用聚氯乙烯塑膠可提高耐臭氧龜裂性；在丁基橡膠中并用聚乙烯可提高絕緣性等。 橡塑共混的方法 實施橡塑共混的方法有乾粉共混、溶液共混、乳液共混和機械共混。而綜合考慮到各種條件和成本，橡膠制品廠多采用機械共混工藝。 機械共混可分為一段法和二段法。一段法是先將熱塑性塑膠在密煉機或高溫開煉機上熔融塑化，然後降溫，再加入橡膠，翻煉、混煉均勻後下片。二段法也稱母料共混法，即先將塑膠與部分橡膠在密煉機中按比例共混成母煉膠，然後再在較低溫度下混入橡膠。二段法的優(yōu)點是兩相分散更均勻。 機械共混的原動力來自提供的機械攪拌和剪切作用。機械共混是機械力作用下的體系均化過程，通常認(rèn)為該均化過程包括體系各組分的物理混合與分散，但實際上，機械共混過程中的機械力除了為組分的混合與分散提供能量外，還會引發(fā)組分間的力化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)對橡膠與塑膠的并用性能有重要影響。 橡塑共混設(shè)備主要包括高溫開煉機、密煉機、螺桿擠出機和連續(xù)混煉機。連續(xù)混煉機分為密煉擠出組合式和轉(zhuǎn)子螺桿組合式兩種形式。高溫開煉機和密煉機為間歇式混煉設(shè)備，螺桿擠出機和連續(xù)混煉機為連續(xù)式混煉設(shè)備。連續(xù)混煉機結(jié)合了密煉機和螺桿擠出機的優(yōu)點，生產(chǎn)效率高，將成為今後*主要的共混設(shè)備。 橡塑共混的其他考慮因素 雖然了解了橡塑并用的混溶性原則及橡塑共混的方法，但根據(jù)人們多年來在共混領(lǐng)域的實踐，橡塑共混還需考慮以下因素： 1.溶解度參數(shù)。每種高分子材料都有反映其分子間力的溶解度參數(shù)δ，兩種聚合物共混，應(yīng)盡可能選擇溶解度參數(shù)差值Δδ小，但又大於0，因為Δδ越小共混效果越好，而差值小到0的話，則不存在兩相，也就失去了共混的意義。 2.極性。選擇橡塑并用時，傳統(tǒng)的做法是優(yōu)先考慮極性相近，避免使用極性懸殊的兩種聚合物，但隨著增容技術(shù)的出現(xiàn)，這方面的考慮可以有所減輕。 3. 粘度。粘度是高分子材料平均分子量的表徵，粘度越小，混合熵就越小，導(dǎo)致分散均勻度越高，微區(qū)尺寸越小。 4.溫度。溫度對橡塑共混特別重要，因為塑膠在常溫下處於結(jié)晶態(tài)，只有當(dāng)溫度達到一定程度時，才能解除結(jié)晶，進入共混。至於具體的溫度值，則視品種而定。如PVC的熔融溫度為150℃，只有當(dāng)塑膠熔融後才能進入良好的共混狀態(tài)，否則效果很差。 增容技術(shù)填補不足 大多數(shù)橡塑并用屬於熱力學(xué)不相容，雖然黏度大，但他們?nèi)蕴庫稛崃W(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，如果溶解度參數(shù)和結(jié)構(gòu)差異很大，光靠機械共混難以使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。增容技術(shù)的發(fā)展正好填補了這方面的不足。 增容技術(shù)的方法有： 1.添加增容劑。就是添加改善橡塑并用體系相容性的增容助劑，其作用是降低兩相的表面張力，使兩個聚合物的鏈段在介面處被啟動而結(jié)合。例如丁腈橡膠是極性橡膠，聚丙烯是非極性塑膠，單靠機械混合很難使他們均勻共混。如果有增容劑加入則使之共混得以實現(xiàn)。 2.就地聚合。以單體或初級聚合物作為一種組分，把它加入另一組分，通過共混得到共聚物。例如在NR中加入甲基丙烯酸甲酯單體，通過共混獲得強度很高的共聚物-天甲橡膠。 3.共交聯(lián)。加入兩相都接受的交聯(lián)劑，使共混介面的結(jié)合牢度通過共交聯(lián)進一步改善共混交的性能。典型例子就是將DCP加入NR/EVA共混體中，通過共交聯(lián)提高抗壓縮長久變形性能。 成功應(yīng)用案例 近年來，通過以上理論成功應(yīng)用於實際生產(chǎn)中的例子很多，如： 1.橡膠與高苯乙烯聚合物并用的應(yīng)用：高苯乙烯聚合物與橡膠并用後，可以賦予硫化膠許多寶貴的性能，諸如提高橡膠的硬度、剛度、抗張強度、抗撕裂強度及耐磨性等。這類并用組分*廣泛地用來制造各種鞋底膠。這是由於鞋底膠加入高苯乙烯樹脂後，不僅提高其物理性能，而且還賦予其許多獨特的“類似皮革”的性能。另外，鞋底的耐磨耗性也顯著提高。 2.橡膠與聚乙烯并用的應(yīng)用：聚乙烯應(yīng)用*廣的是與丁基橡膠并用，用於制造輪胎的內(nèi)胎、胎體和胎側(cè)。特別是內(nèi)胎膠，可以用聚乙烯代替丁基橡膠中的部分炭黑，以提高硫化膠的彈性，而保持其余的性能指標(biāo)。 3.橡膠與聚氯乙烯并用的應(yīng)用：丁腈橡膠與聚氯乙烯的摻合物廣泛用於制造耐大氣作用的硫化膠。隨著并用膠中聚氯乙烯含量的增加，耐臭氧性也提高了。而且在聚氯乙烯含量為20%~30%時，龜裂即不再發(fā)生。這些材料常用於各種技術(shù)領(lǐng)域，如制造電纜及輸送油、石油產(chǎn)品、氣態(tài)烴乃至臭氧的各種管子，也可以生產(chǎn)在接觸石油產(chǎn)品和化學(xué)藥品條件下使用的密封圈及襯墊。 衍生理論及工藝 橡塑并用已廣泛應(yīng)用於實際生產(chǎn)中，并且在工藝方面也有了很大程度的提高，而且由橡塑并用產(chǎn)生、分支出來的一些理論及工藝也成為了近年來研究的一些新熱點。 1.動態(tài)硫化。上世紀(jì)七十年代末八十年代初，熱塑性彈性體的制備跳出傳統(tǒng)的合成途徑，另辟蹊徑，采用橡膠與聚烯烴塑膠通過熔融共混來制備熱塑性彈性體（TPE）。 該方法不但簡便，而且成本低廉，所得的產(chǎn)品被譽為新型高分子合金。這種熱塑性彈性體以熱塑性樹脂為主體組分，在熱熔狀態(tài)加入彈性體。兩相在高溫/剪切作用下混合均勻後，作為分散相的橡膠組分均勻分散在塑膠連續(xù)相中，并就地硫化。這樣得到的TPE既有熱塑性樹脂的易加工性，又具有橡膠的力學(xué)性能。以橡膠的現(xiàn)有設(shè)備完全可以自行完成這類動態(tài)硫化熱塑性彈性體的加工。近年來，動態(tài)硫化共混在國外已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)。國內(nèi)不少大專院校與科研單位也在積極從事研發(fā)工作。 2.互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)。這是指使兩個相互貫穿的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)?？上葘⒁粏误w與交聯(lián)劑作用，生成網(wǎng)絡(luò)1，再使**種單體及交聯(lián)劑在其中溶脹，并引發(fā)聚合生成網(wǎng)絡(luò)2，然後由兩個網(wǎng)絡(luò)互相貫穿，形成互穿網(wǎng)絡(luò)共混體。它們的微區(qū)尺寸系根據(jù)兩種網(wǎng)絡(luò)的相容程度而定?；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)形成於兩相的介面。交聯(lián)密度越大，則微區(qū)尺寸越小。待兩種網(wǎng)絡(luò)完全互容，可得到理想的共混效果，能在性能上反映出非同一般的雙重協(xié)同效應(yīng)，即對橡膠相起補強作用，而對塑膠相增韌。 橡膠與塑膠并用制造橡膠制品，是當(dāng)前橡膠工業(yè)生產(chǎn)的重要發(fā)展方向之一。橡塑共混後，不僅改變了單一材料這樣那樣的缺點，而且顯著提高了橡膠制品的物理化學(xué)性質(zhì)及物理機械性能。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們必然會越來越多地研制開發(fā)新型復(fù)合材料，通過不同材料的取長補短，使復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能和合理的使用性，以滿足客觀實際的需求。相信21世紀(jì)將是復(fù)合材料的時代，橡塑并用也必然會取得更大的發(fā)展。 |