MPU/NBR与MPU/EPDM共硫化匹配性的比较
2021-01-05杜伟邓涛
杜伟,邓涛
(青岛科技大学 高分子科学与工程学院,山东 青岛 266042)
在20世纪40年代,混炼型聚氨酯(MPU)出现,但是后来MPU的发展始终受技术问题的限制,直至近些年,国内市场中出现了一批高性能混炼型聚氨酯。所以,展开对MPU共混的研究,也迎合了国内市场发展需求。
本文以MPU分别与NBR和EPDM的共混硫化胶为出发点,分别总结各自并用比变化对性能影响的规律,将二者进行对比,证明了MPU/EPDM的硫化匹配程度明显好于MPU/NBR,也说明了MPU在与不同胶种共混时存在共硫化的差异性。
1 实验部分
1.1 原材料
MPU:牌号SUNTHANE®E6008,聚醚型高性能混炼型聚氨酯橡胶,广州顺力聚氨酯科技有限公司提供;NBR:牌号2870,丙烯腈含量28.0%,朗盛化学有限公司提供;EPDM:牌号4640,第三单体ENB含量5%,杜邦公司提供;炭黑N330,天津卡博特公司提供;其他配合剂均为常用工业品。
1.2 实验配方
表1为MPU/NBR共混胶不同并用比的实验配方及实验编号,表2为MPU/EPDM共混胶不同并用比的实验配方及实验编号。
表1 MPU/NBR实验配方
表2 MPU/EPDM实验配方
1.3 试样制备
胶料用常规方法在开炼机上混炼。具体操作方法如下:将开炼机的辊距调到1 mm,将需要共混的两种橡胶分别加入,薄通5次,然后共混,待用。然后把辊距调到2 mm,将混炼后的生胶放入开炼机中,待包辊后,依次加入配合剂、分批加入炭黑等,最后加入硫化剂,混炼约15 min,均匀后薄通打三角包5次,然后下片,停放后在平板硫化机上硫化。
1.4 分析与测试
硫化性能:按GB/T 16584—1996测试。MPU/NBR 的硫化条件为 150 ℃ /10 MPa×t90,MPU/EPD M 的硫化条件为160 ℃ /10 MPa×t90。
力学性能:拉伸性能采用电子拉力试验机按照GB/T 528—2008进行测试。
耐介质老化:热氧老化条件为100 ℃×72 h。
动态力学性能:采用美国Alpha科技公司生产的RPA2000型橡胶加工分析仪,温度扫描:频率1.7Hz,转动角度0.5°。
2 结果与讨论
2.1 不同并用比MPU/NBR及MPU/EPDM共混胶硫化特性分析
由图1可知,1#MPU和6#NBR的硫化特性相差较大,NBR相较于MPU硫化速度更快,且转矩值MH更高。从1#到2#转矩值MH的大幅下降说明橡胶整体硫化程度降低,这是由于20份NBR相的加入使得80份MPU相的硫化受到严重抑制。并且热硫化期斜率更接近于NBR,这也说明共混胶内部NBR相硫化占据主导。2#~5#的MPU/NBR共混胶硫化速度均接近于NBR,并且随着低硫化程度MPU相的减少,硫化转矩值MH越来越高。
图1 不同MPU/NBR共混比的硫化曲线
由图2可知,7#MPU和12#EPDM硫化特性相近,均随着硫化时间的增加,转矩越来越高。7#~12#MPU/EPDM共混胶随着EPDM份数的增加,转矩值MH逐渐变大。这与MPU和NBR的共混结果明显不同。造成这种差异的原因是——共混两相硫化特性的差异。
2.2 共混胶拉断强度变化趋势的比较
由表3可知,1#-6#随着NBR分数的增加,拉断强度逐渐下降。但是从1#(MPU)到2#(MPU/NBR=80/20)的强度从33.42MPa降至22.36MPa,20份NBR的加入使性能折损率达到33%,这与图1硫化特性的2#转矩值MH突降现象一致,均为受整体硫化程度下降的影响。
图2 不同MPU/EPDM共混比的硫化曲线
表3 拉断强度随共混比的变化
7#~12#随着EPDM份数的增加,拉断强度呈缓慢均匀下降的趋势,这说明各相的硫化受另一相影响小,这与图2二者硫化特性相近结果一致。
2.3 两种共混胶应力-应变关系曲线的比较
由图3可知,1#~6#应力-应变关系曲线中斜率分散,且出现先下降(1#到2#)又升高(2#到6#)的规律。与之形成对比的是图4中各曲线斜率相近,并未出现明显分散。斜率的变化可以直观地反应橡胶整体的交联程度,这说明MPU与NBR的共混对橡胶整体交联程度影响较大,而MPU与EPDM的共混影响较小。
2.4 两种共混胶热氧老化性能的比较分析
如图5,MPU/NBR共混胶在100 ℃×72 h的热氧老化后均出现性能回升现象,这说明由于共混胶在硫化完成后整体交联程度低,在老化过程中发生二次硫化,交联网络进一步完善,使得拉断强度上升,性能出现回弹。而在图6中,热氧老化前后MPU/EPDM的拉断强度
基本变化不大,首先说明MPU与EPDM均为耐热氧老化优异的胶种,其次说明共混胶在热氧老化之前已经获得了相对完善的交联网络,硫化效果良好。
2.5 两种共混胶动态力学性能的比较分析
图3 MPU/NBR共混比对应力-应变关系曲线的影响
图4 MPU/EPDM共混比对应力-应变关系曲线的影响
图5 热氧老化前后MPU/NBR共混胶的拉断强度
在动态力学性能中,滞后角反应了橡胶在动态形变过程中的不可逆形变,所以滞后角的高低可以一定程度上反应橡胶的交联程度,滞后角越小,则交联程度越大。在图7中,
图6 热氧老化前后MPU/EPDM共混胶的拉断强度
图7 不同MPU/NBR共混比下滞后角随温度的变化
MPU/NBR共混时,由于20份NBR的加入出现了1#到2#滞后角突增的现象,且增幅较大(见图中箭头),这也说明了橡胶整体交联程度下降。而后2~6#随着NBR份数的增加滞后角又逐渐下降,橡胶整体交联程度逐渐变大。
如图8所示,MPU/EPDM的共混中,80/20配比的滞后角突增现象基本没有,呈现出规律的均匀下降趋势,随着并用比的变化,共混胶从MPU向EPDM逐渐过渡。这也说明EPDM相的加入基本没有影响MPU相的硫化。
3 结论
(1)通过五个方面(分别是硫化特性曲线、拉断强度变化趋势、应力-应变关系曲线、热氧老化性能变化以及动态生热。)证明了MPU在与NBR和EPDM分别共混时会呈现不同的变化规律。
图8 不同MPU/EPDM共混比下滞后角随温度的变化
(2)MPU与NBR硫化特性相差较大,20份NBR的加入会严重影响80份MPU的硫化,使得整体交联程度出现下降。MPU与EPDM硫化特性相近,无论何种配比,两相硫化的相互影响较小,整体性能优异。