废旧轮胎橡胶粉填充改性TPV的研究

吕怀兴　涂重丹

【摘 要】在密炼机上制备TPV/WGRT共混型热塑性弹性体，研究了WGRT添加量和助剂添加量对体系性能的影响。结果表明，当单独添加WGRT时，随着添加量的增加，体系的拉伸强度、100%定伸应力逐渐下降，邵氏A硬度逐渐升高；当在不同的WGRT添加量情况下，随着M603相容剂添加量的增加，体系的拉伸强度和100%定伸应力都逐渐升高后趋于稳定；当在不同的WGRT添加量情况下，随着Z680再生剂添加量的增加，体系的拉伸性能都是先逐步升高后缓慢下降。当WGRT的添加量为12份，M603为0.8份，Z680为0.4份时，体系的拉伸强度和100%定伸应力值分别达到5.17MPa和2.71MPa，邵氏A硬度值达到67，与TPV的性能基本相同，说明使用废旧轮胎橡胶粉结合相容剂与再生剂对TPV进行填充改性，而达到降低成本的目的是可行的。

【关键词】TPV；橡胶粉；填充改性；相容性；再生剂

中图分类号： U414 文献标识码： A 文章编号： 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

當前国内废旧轮胎的循环利用常采用先制备成橡胶粉然后再进行利用的方式，这种胶粉的制备工艺简单、价格低廉[1]。TPV（热塑性硫化橡胶）是一种通过动态硫化技术制备的共混材料，常温下具有橡胶的高弹性，在高温下又能熔融塑化，兼具橡胶和热塑性树脂两者的优良特性[2]，比传统的TPE（热塑性弹性体）材料具有更好的综合性能，但价格偏高限制了其使用领域的扩展。本文将橡胶粉结合相应助剂添加到TPV中进行填充改性研究，以期在不影响TPV主要性能的情况下，降低TPV的使用成本。

1 实验部分

1.1 原材料

TPV（PP/EPDM）S1070N，首发塑化，邵氏硬度A（70）；WGRT（废旧轮胎橡胶粉），自制，80目；含类马来酸酐单体无规乙烯共聚物，凡事邦M603，白色颗粒；再生剂Z680，自制，黑色粘稠状液体。

1.2 设备仪器

KY-1103密炼机，东莞市厚街开研机械设备厂；CSJ200粗破机，江阴市佳科机械制造有限公司；5L高速搅拌机；微机电子控制万能机，CMT5504，美斯特工业系统（中国）有限公司；注塑成型机，EM80-V，震雄塑料有限公司；扫描电镜，quanta250，美国FEI；邵氏硬度计，LX-A-1，东莞市景有模具五金有限公司。

1.3 TPV/WGRT复合材料的制备

先将WGRT进行干燥处理，再与TPV、其他物料混合搅拌均匀，再加入到密炼机中进行塑化混炼，出样经过冷却后进行破碎得到粒子，最后将其经注塑机注塑成测试样条。其中，在添加再生剂Z680时要先与WGRT单独混合均匀后再与其他物料混合。

1.4 性能测试

拉伸测试：按照ASTM D412测试拉伸强度、断裂伸长率、100%定伸应力；

硬度测试：按照ASTM D2240测试邵氏A硬度；

电镜分析：先进行哑铃型样条的拉伸测试，然后对样条断面喷金并进行扫描电镜（SEM）观察。

2 结果讨论

2.1 橡胶粉添加量的影响

WGRT本身不具有热塑性，因此直接添加到TPV中经过混炼后得到的体系中WGRT是以填充物的方式存在，通过设定TPV固定添加量为80份（以下同），研究改变WGRT添加量对体系拉伸性能的影响。通过图1可以分析得出，随着WGRT添加量的增加，体系的拉伸强度与100%定伸应力也随之逐渐降低，这说明WGRT的添加降低了体系的力学性能，微观上WGRT与TPV之间的相容性差，因为TPV是以PP（聚丙烯）为连续相、动态硫化的EPDM为分散相的热塑性弹性体材料，而WGRT是交联状态的橡胶颗粒，它们之间界面相容性很差[3]。

2.2 相容剂添加量的影响

对于共混体系，良好的界面相容性是体系获得优良性能的重要前提[4-5]，添加嵌段或接枝共聚物对其中一相进行化学改性是最常用的方法[6-9]。M603是一种含有大量类马来酸酐单体的乙烯共聚物，不同于马来酸酐接枝聚乙烯，它含有更多、更稳定的能够改善界面相容性的有效基团；在不同WGRT添加量的体系中，通过逐步增加M603的添加量对其体系拉伸性能的影响进行研究。从图2可以分析得出，无论WGRT添加量多少，随着M603添加量逐步增加，体系的拉伸强度与100%定伸应力都呈現出先升高后趋于稳定的趋势，拉伸强度提高6～9%，100%定伸应力提高4～17%，说明M603的添加一定程度改善了WGRT/TPV体系的微观相容性。

2.3 再生剂添加量的影响

再生剂是一种预期可以在加热时使WGRT发生脱硫、解除交联的助剂，从而使WGRT重新具备一定的热塑性。在2.2节基础上固定添加0.8份M603的情况下来研究Z680添加量对体系拉伸性能的影响。通过图3可以分析得出，分别在不同的WGRT添加量下，通过添加Z680并逐步增加添加量，体系的拉伸强度与100%定伸应力都大体呈现出先升高后下降的趋势，且WGRT添加量越高，体系的拉伸性能越需要更高的Z680添加量，拉伸强度提高幅度最大超过6%， 100%定伸应力提高幅度最大近9%。这说明再生剂的加入发挥了实际作用，使得WGRT在加热混炼时可以发生一定程度的解除交联并塑化，从而更好地分散在TPV中，而在Z680高添加量时体系的拉伸性能反而下降，且通过图4可以发现，随着Z680添加量的增加，体系的邵氏A硬度先略微下降，然后又升高，分析原因为过量的再生剂对体系的橡胶相重新交联造成一定阻碍，对橡胶相与PP连续相之间的相容性也造成负面影响，从而造成体系的拉伸性能下降。

2.4 扫描电镜（SEM）分析

组分，添加量（份数）：

（a）WGRT，20；M603，0；Z680；0（b）WGRT，20；M603，0.8；Z680，0；

（c）WGRT，12；M603，0.8；Z680，0.4

通过图5（a）可以观察得出，在WGRT添加为20份且不添加助剂时，体系的拉伸断裂界面上可以看到裸露的WGRT颗粒，验证了WGRT与TPV的相容性差的事实；通过图5（b）可以观察得出，在20份WGRT添加量基础上添加0.8份M603后，体系的拉伸断裂界面上的橡胶颗粒在TPV连续相中包裹性明显改善，而通过图5（c）可以观察得出，在12份WGRT添加量辅以0.8份M603、0.4份Z680时，体系的拉伸断裂界面相对平整，有更均匀相态分布，无明显橡胶颗粒嵌入现象，说明了Z680对于WGRT颗粒的解联再塑化和分散作用。

3 结论

废旧轮胎橡胶粉WGRT作为填料添加到TPV中，在协同添加适量再生剂与相容剂时，可以做到基本不降低TPV原有的力学性能，能够达到降低TPV使用成本的目的。相容剂的加入可以改善WGRT与TPV的相容性，从而提高填充体系的拉伸强度与100%定伸应力；适量的再生剂加入可以改善WGRT与TPV混炼时的塑化分散效果，从而提高体系的拉伸性能，同时邵氏A硬度得到一定程度降低。

【参考文献】

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