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橡膠與塑料並用技術(shù)
日期：2024-11-23 06:47
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摘要：
橡膠與塑料並用技術(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(duì)橡膠材料的性能提出了日益廣泛和苛刻的要求。以橡膠與塑膠並用的彈性體的研究日益引起重視，本文著重以橡膠為主並用部分塑膠進(jìn)行共混形成的彈性體的性能予以介紹。 橡塑並用混溶性原則 談到橡塑並用材料的性能，必須提及聚合物的共混。橡膠和塑膠的共混是有條件的，並不是任意一種橡膠和任意一種塑膠都能夠進(jìn)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(shí)施共混的方法和工藝條件等方麵的影響。 在討論共混體形態(tài)結(jié)構(gòu)的各類文獻(xiàn)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)的共混體係，而不論共混體係是否熱力學(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(shí)現(xiàn)了強(qiáng)製的良好的分散混合，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?yàn)橄鹚苣茏裾栈烊苄院眠@一原則，實(shí)現(xiàn)橡膠與塑膠的並用，才會(huì)有相互性能之間的互補(bǔ)，從而提高彈性體的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性和模量等性能，同時(shí)也可以降低扯斷伸長率和回彈性等性能。例如，在橡膠中並用高苯乙烯樹脂、改性酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂等可提高強(qiáng)度；在二烯類橡膠中並用聚氯乙烯塑膠可提高耐臭氧龜裂性；在丁基橡膠中並用聚乙烯可提高絕緣性等。 橡塑共混的方法 實(shí)施橡塑共混的方法有乾粉共混、溶液共混、乳液共混和機(jī)械共混。而綜合考慮到各種條件和成本，橡膠製品廠多采用機(jī)械共混工藝。 機(jī)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(jī)或高溫開煉機(jī)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(jī)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(diǎn)是兩相分散更均勻。 機(jī)械共混的原動(dòng)力來自提供的機(jī)械攪拌和剪切作用。機(jī)械共混是機(jī)械力作用下的體係均化過程，通常認(rèn)為該均化過程包括體係各組分的物理混合與分散，但實(shí)際上，機(jī)械共混過程中的機(jī)械力除了為組分的混合與分散提供能量外，還會(huì)引發(fā)組分間的力化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)對(duì)橡膠與塑膠的並用性能有重要影響。 橡塑共混設(shè)備主要包括高溫開煉機(jī)、密煉機(jī)、螺桿擠出機(jī)和連續(xù)混煉機(jī)。連續(xù)混煉機(jī)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(jī)和密煉機(jī)為間歇式混煉設(shè)備，螺桿擠出機(jī)和連續(xù)混煉機(jī)為連續(xù)式混煉設(shè)備。連續(xù)混煉機(jī)結(jié)合了密煉機(jī)和螺桿擠出機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，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 雖然了解了橡塑並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(shí)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)儘可能選擇溶解度參數(shù)差值Δδ小，但又大於0，因?yàn)棣う脑叫」不煨Ч胶?，而差值小?的話，則不存在兩相，也就失去了共混的意義。 2.極性。選擇橡塑並用時(shí)，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)，這方麵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(duì)橡塑共混特彆重要，因?yàn)樗苣z在常溫下處於結(jié)晶態(tài)，隻有當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，才能解除結(jié)晶，進(jìn)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℃，隻有當(dāng)塑膠熔融後才能進(jìn)入良好的共混狀態(tài)，否則效果很差。 增容技術(shù)填補(bǔ)不足 大多數(shù)橡塑並用屬於熱力學(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(jī)械共混難以使係統(tǒng)保持穩(wěn)定。增容技術(shù)的發(fā)展正好填補(bǔ)了這方麵的不足。 增容技術(shù)的方法有： 1.添加增容劑。就是添加改善橡塑並用體係相容性的增容助劑，其作用是降低兩相的表麵張力，使兩個(gè)聚合物的鏈段在介麵處被啟動(dòng)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(jī)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(shí)現(xiàn)。 2.就地聚合。以單體或初級(jí)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(qiáng)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，使共混介麵的結(jié)合牢度通過共交聯(lián)進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)中的例子很多，如： 1.橡膠與高苯乙烯聚合物並用的應(yīng)用：高苯乙烯聚合物與橡膠並用後，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(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度及耐磨性等。這類並用組分*廣泛地用來製造各種鞋底膠。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(dú)特的“類似皮革”的性能。另外，鞋底的耐磨耗性也顯著提高。 2.橡膠與聚乙烯並用的應(yīng)用：聚乙烯應(yīng)用*廣的是與丁基橡膠並用，用於製造輪胎的內(nèi)胎、胎體和胎側(cè)。特彆是內(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，而保持其餘的性能指標(biāo)。 3.橡膠與聚氯乙烯並用的應(yīng)用：丁腈橡膠與聚氯乙烯的摻合物廣泛用於製造耐大氣作用的硫化膠。隨著並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(shí)，龜裂即不再發(fā)生。這些材料常用於各種技術(shù)領(lǐng)域，如製造電纜及輸送油、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 橡塑並用已廣泛應(yīng)用於實(shí)際生產(chǎn)中，並且在工藝方麵也有了很大程度的提高，而且由橡塑並用產(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(diǎn)。 1.動(dòng)態(tài)硫化。上世紀(jì)七十年代末八十年代初，熱塑性彈性體的製備跳出傳統(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製備熱塑性彈性體（TPE）。 該方法不但簡便，而且成本低廉，所得的產(chǎn)品被譽(yù)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，並就地硫化。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(dòng)態(tài)硫化熱塑性彈性體的加工。近年來，動(dòng)態(tài)硫化共混在國外已實(shí)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(gè)相互貫穿的聚合物交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。可先將一單體與交聯(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，並引發(fā)聚合生成網(wǎng)絡(luò)2，然後由兩個(gè)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)尺寸係根據(jù)兩種網(wǎng)絡(luò)的相容程度而定?；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)形成於兩相的介麵。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(duì)橡膠相起補(bǔ)強(qiáng)作用，而對(duì)塑膠相增韌。 橡膠與塑膠並用製造橡膠製品，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(diǎn)，而且顯著提高了橡膠製品的物理化學(xué)性質(zhì)及物理機(jī)械性能。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們必然會(huì)越來越多地研製開發(fā)新型複合材料，通過不同材料的取長補(bǔ)短，使複合材料具有優(yōu)良的綜合性能和合理的使用性，以滿足客觀實(shí)際的需求。相信21世紀(jì)將是複合材料的時(shí)代，橡塑並用也必然會(huì)取得更大的發(fā)展。 |