弹性体合金材料的制备及性能研究

2022-09-01 06:11何承枫
佛山陶瓷 2022年8期
关键词:合金材料弹性体交联剂

何承枫

(福建晟扬管道科技有限公司,福清350314)

1 合金材料的改性

用于增加PET 的材质,通常有玻璃钢、碳纤维和有层状、针状、棒状构造的无机填充物、金属纤维、氧化物晶须等,其中最广泛应用的材料是玻璃钢和碳纤维[1]。

玻璃钢强化或PET 玻璃钢强化,是将热塑性树脂改性而成为建筑塑料制品应用的一种方法。我国的帝人企业在1966 年第一次研制并开发出了用玻璃纤维强化的PET 基工程塑料,此后,美国杜邦公司和英国Eastman 企业从上世纪七十年代也开始进行了玻纤强化PET 方面的研发,并获得了巨大成功。ModeRnplastics 也报道了一款产品为imPEThi430r 的高温抗冲PET,其证明在-20℃的温度下,Izod 缺口冲击强度仍能够超过8.8kJ/m2。这些高抗冲型PET 中,包含约百分之十五的玻璃纤维,这种产品尤其适合于生产汽车部件和仪表设备,现在已经受到了人们的很大兴趣。

Honeywell 塑胶有限公司已经研发出了具备抗疲劳强度高和表层外形好的玻纤增强型PET-Petra,其疲劳强度比其他种类的玻纤增强聚酯制品可达10~50 倍,尤其适合于制作塑模桌椅和扶手,并且不需要再经过喷涂处理。中山学院安军教授等人深入研究了玻纤增强聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的界面结构状况和力学特征等,并剖析了玻璃化纤表面处理剂对PET 及其界面结构粘接效果的影响。科学研究结果显示,用偶联剂经过表层加工后的玻璃化纤对PET 树脂具有较明确的强化效果,可明显提高PET 的力学和界面结构粘接强度。中科院欧玉春等将25~35 份经表面处理剂加工过的玻璃钢材料与60~65 份PET 进行共混合,得到的材料的撞击硬度达到了85.8KJ/m2[2]。

2 合金材料的制备及性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 主要原料与试剂

PET∶远东工业(上海)有限公司,牌号CB651,吹瓶级。-MA-∶沈阳科通塑胶技术公司,产品牌号KT-22,接枝度百分之零点八、六氟异丙醇(HFIP)∶工业纯级,上海市吉清氟建筑材料公司。甲苯∶工业分析纯级,由北京化厂内的甲醇∶工业纯级交联剂C∶实验室自制。

2.1.2 试样的制取过程与辐照

应用前,必须预先做好PET 和E-MA-GMA 干燥处理。将干燥工艺加工后的PET 和E-MA-GMA 按质量比例与标准PET/E-MA-GMA(95/5,90/10,85/15,80/20)搅拌均匀并依次添加约0、0.5、1.3、5wt%的交联剂C 再搅拌均匀,随后将不同比例的混合液在双螺杆挤出机中熔融后共混合挤压造粒,一至七区的温度依次为220、240、250、250、265、265、260℃,机头温度控制为250℃,机转速在12Hz 以下。

挤压的粒料经晾干后用注塑机成形拉长、弯曲试模,注塑机三区温度控制为260、260、260℃。把设计好的试样置于装满氮以的聚乙烯袋内,在双层氮以环境下,放入剂量率为3.9Gy/s 的Co-60 源进行照射,吸收剂量为5、10、30、70、100kGy。

2.1.3 样品性能表征

(1)力学性能表征

拉伸试样选用注射成形的标准试样,正常温度下,最大加载速度为50mm/min,按GB/1040.2-2006 标准进行试验。每一条件下选取五个试样,并取得平均值。

撞击测试样本由经注射成形的弯曲试模裁制而成,规格为×3.4mm,在室温条件,试样开单边缺口后,按GB/T1843-1996 执行悬臂梁冲击测试,每一条件同时选取了五个试样,取得平均值。

(2)凝胶含量测定

取质量约为0.3g 的试样,先用滤纸片包覆,然后再用镍网包覆后,置于索氏抽提器中,以六氟异丙醇为主要溶液,于85℃下,回流约24 小时;取出用酒精洗净后,将样品置于烧杯中,换用甲基乙烯为主要溶剂,于100℃下抽提约30 小时;取出再用酒精洗净后,再在索氏抽提器中用六氟异丙醇,在85℃下回流抽提24 小时。抽提完毕后,先将试样用酒精溶液冲洗一遍,再放入鼓风干燥箱中烘至恒重状态。

(3)扫描电镜测试

将冲击测试后的试样截面切下,用SEM观测截面的微观形状,在观测前,截面都要先经喷金处理。

(4)动态力学性能测试

纯E-MA-GMA 的DMA 试样,以一mm 模具模压成形试块经裁量而成,规格约为×,测试要求为高频10Hz,上升速率约为3×/min 为宜,测试环境温度区域约为—100℃50~纯的PET 及复合材料的DMA 试模有由注塑成形的弯曲试样裁磨后制成,尺寸为30mm×10mm×1.2~1.5mm。实验要求∶频率为10Hz,上升速率3℃/min为宜。纯PET 的检测温度范围为30~120℃,而其他复合样品的检测温度范围均为—70~100℃。

2.2 某弹性体合金材料的制备方法和性能测试

2.2.1 某弹性体合金材料的制备方法

第一步,需要根据材料配方中各原料的重量份数称取乙烯- 辛烯嵌段共聚物67 份、乙烯- 辛烯的共聚物27 份、纳米级二氧化硅2 份、分散剂0.4 份、润滑剂0.2份、抗氧剂0.4 份置于搅拌机中,在常温下搅拌5-8min混合均匀;所述乙烯- 辛烯嵌段共聚物的分子量在20万以上;所述润滑剂为硬脂酸钙;所述分散剂为脂肪酸酰胺类化合物;所述抗氧化剂为抗氧化剂1010 和抗氧化剂168 按重量份比2:1 混合而成,而搅拌速度为搅拌转速为1000r/min。第二步,需要将第一步中的材料混合后的原料转移至双螺杆造粒机中加热至熔融状态,其加热温度为180-230℃,再向其中加入配方中所述重量份的二甲基硅油3 份混合均匀,挤出造粒,得到所述的弹性体合金材料母粒,二甲基硅油的分子量在15 万以上。第三步,则需要将第二部中得到的弹性体合金材料母粒置于挤出机中,通过挤出机挤出成型得到所述的弹性体合金材料。

2.2.2 某弹性体合金材料的性能测试

对采用上述制备方法制备得到的合金材料进行性能测试,结果如表1:

表1 性能测试

从表1 可以看出,本发明的弹性体合金材料具有优异的抗磨耗性能,流动性好,适用于各种通用挤出机。与聚乙烯、聚丙烯等管道料的相容性好,挤出速度匹配,适用于双层或多层共挤,具有优良的物理机械性能,卫生安全,不含任何有毒有害添加剂,符合相关卫生标准。以本发明的弹性体合金材料为内层与高密度聚乙烯(HDPE)共挤出成型的复合管道既保持了HDPE 管的易加工性和优良的物理机械性能,又具有很好的耐磨性能。这种管道的问世为耐磨管道行业提供了一种高性价比的新选择。

2.3 结果与讨论

在95/5 系统中,除交联剂浓度为5wt%时,其余所有交联剂浓度的冲击强度值均是随低吸入剂量浓度的增大而先提高后逐渐下降趋向平稳值,在低吸入剂量浓度时的强度差值也很大。总体来说,当交联剂浓度为零点5wt%时,冲击强度值差很大。在90/10 系统中,当交联剂浓度为零点5wt%的,冲击强度值差较其他交联剂浓度的要大,随吸入剂量浓度的提高而左右浮动,在5kGy 和70kGy 时会有极差值。交联剂浓度lwt%时,冲击强度在低的吸入药量时在高交联剂零点5wt%以下,在其他的交联剂浓度上,随着吸入药量的增长先提高后降低,再逐渐上升。

在85/15 系统中,弹性体E-MA-GMA 浓度增加到了15wt%,此时撞击硬度值增大。特别是当交联剂浓度为1,0.5wt%时,硬度值可以达到了40KJ/m2之上,当交联剂浓度为百分之一时,撞击硬度值最大。不同交联剂浓度的一般撞击硬度值都是随吸入药量的增大先升后降再增加,一般都在5kGy 和70kGy 时,都有极大值。而在80/20 系统中,当交联剂浓度为一wt%时,撞击硬度值最大,一般撞击硬度值都在69KJ/m2之上,且随吸入药量的增大先升后降再增加,在5kGy 和100kGy 时,都有极大值。交联剂浓度为零点5wt%时,其冲击强度值最小,强度最大值也都在55KJ/m2之上,在5kGy 和70kGy 之间时,则有最大值。而当交联剂浓度为3,5wt%时,其冲击强度值都在未加交联剂以下,而且随作用用量的增大都是以先提高后降低趋势逐渐平缓。

3 结论

论文重点研究了在辐照状况下的PET/SEBS-g-MA,以及PET/SEBS-g-MA/C 合金材质的热力学性能和分子结构,以及相互作用关系。从热力学性能及试验结果分析,对于单一添加的SEBS-g-MA,其撞击特性较有增强;在PET/SEBS-g-MA/C 三元复合体系中,当SEBS-g-MA浓度为二十wt%、交联剂浓度为百分之一、以十kGy 辐照时,其冲击强度则较于单一添加的弹性体中稍有增强。体系的凝胶材料含量和扫描电镜图像有助于在解释上述条件时力学性能的改善。相比于PET/SEBS 和PET/SEBS-g-MA 两种系统,当仅仅添加弹力体和辐照材料时,SEBS-g-MA 系统比SEBS 的增韧效率要略好;当添加交联剂以后,PET/SEBS/C 系统的增韧效率好于PET/SEBS-g-MA/C 系统。

当同一交联剂C浓度为lwt%时,则PET/SEBS-g-MA/C系统与PET/SEBS/C 系统的相对撞击强度增加幅度较小,这或许是SEBS-g-MA 中接枝的马来酸酐可与PET末端羟基反应。但当加入较低浓度的交联剂C 并辐照时,多功能团单体的促进辐射增容效应或许会受到较前期反映的负面影响,因此对界面的增容影响效应与PET/SEBS 系统相对较差。

猜你喜欢
合金材料弹性体交联剂
宁波三韩合金材料有限公司
成都川硬合金材料有限责任公司
交联剂对醇型有机硅密封胶的影响
《弹性体》2021年(第31卷)总目次
磁流变弹性体的磁致性能
再生铜过程短流程制备铅锡锑合金材料的研究
交联聚合物及其制备方法和应用
高性能弹性体SEBS中国造
助交联剂在彩色高硬度EPDM胶料中的应用
GAP基含能热塑性弹性体的合成与表征