SEBS力学性能的影响因素

2021-06-03邢立江邢喜超张书会

弹性体 2021年2期

邢立江，邢喜超，张书会

(1.中国石化巴陵石化公司橡胶部，湖南岳阳 414014；2.大连交通大学机械工程学院，辽宁大连 116028；3.中国石化巴陵石化公司物资采购中心，湖南岳阳 414014)

热塑性弹性体是一类在常温下显示橡胶弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料。氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)是经加氢得到的饱和型苯乙烯类弹性体，与SBS相比，SEBS具有较好的耐候、抗老化及用途广泛等特点[1-3]，因为其优越的性能及安全环保的独特优势，近些年消费需要持续大幅增长。

本文对嵌段比m(苯乙烯)/m(丁二烯)记为嵌段比m(S)/m(B)、相对分子质量、PB段1,2-结构含量、抗氧剂、加氢度等主要因素对SEBS力学性能的影响，进行了探讨。

1 实验部分

1.1 原料

SEBS胶液(小试、中试样品)：中国石化巴陵石化公司橡胶部；抗氧剂[4]1076、168：市售。

1.2 仪器及设备

橡胶拉力机:AG-1型,日本SHIMADZU公司；硬度计:LX-A，上海六菱仪器厂；SK-160型开放式炼胶机、YX-50型平板硫化机；上海双翼橡塑机械有限公司；热氧老化仪：PAP3002-MU，无锡帕特纳科技有限公司。

1.3 性能测试

力学性能[5]按照GB/T 528—1998进行测试；热氧老化性能按照GB/T 7141—1992、GB/T 71040—1992进行测试；PB段加氢度采用碘量法测定；1,2-结构含量采用核磁光谱法测定。

2 结果与讨论

2.1 嵌段比m(S)/m(B)对SEBS力学性能的影响

在SEBS中，苯乙烯含量是决定SEBS力学性能和加工性能的主要因素。在相同相对分子质量下，适当降低嵌段比m(S)/m(B)值时，SEBS的扯断强度下降，适当提高嵌段比m(S)/m(B)值时，SEBS的扯断强度随之增高，硬度和扯断永久变形都随之增高，嵌段比m(S)/m(B)对SEBS力学性能的影响见表1。

从表1可以看出，当SBS经过选择性加氢变成SEBS后，力学性能呈现规律的变化趋势，嵌段比m(S)/m(B)在一定范围内提高时，SEBS的强度提高，硬度、扯断永久变形上升，扯断伸长率下降。在实际生产过程中，应根据不同用途，适当调整嵌段比m(S)/m(B)，通过调整嵌段比m(S)/m(B)可以生产满足不同应用领域需求的系列牌号产品。

表1 m(S)/m(B)对SEBS力学性能的影响1)

2.2 聚丁二烯(PB)嵌段1,2-结构含量对SEBS力学性能的影响

SEBS生产过程的核心就是对PB段聚合结构的精确调节和控制，基础胶SBS中，PB嵌段的1,2-结构含量不仅对SBS的氢化工艺有影响，而且对氢化后SEBS的力学性能有较大的影响。SEBS是以苯乙烯为塑料段，分散于PB橡胶段中的两相分离体系[6-9]，基础胶SBS中PB段1,2-结构含量低，则氢化后SEBS聚合物中聚乙烯结构含量高，从而使氢化聚合物更多地表现出聚苯乙烯和聚乙烯的塑性，表现为300%定伸应力大，扯断永久变形大，硬度高；而当PB嵌段1,2-结构含量增高时，则氢化聚合物中聚丁烯-1结构含量逐渐增高，聚丁烯-1结构能有效抑制聚乙烯结晶的出现，使聚合物保持良好的弹性，并且具有较大的强度。表2是PB嵌段1,2-结构含量对SEBS力学性能的影响。

由表2可以看出，当SEBS中PB嵌段1,2-结构含量在一定范围内逐渐升高时，SEBS的定伸应力下降，扯断永久变形降低，硬度降低，当PB嵌段1,2-结构含量在35%～45%(质量分数)时，扯断强度较好。所以在SEBS实际生产过程中，PB嵌段1,2-结构含量最好控制在35%～45%(质量分数)，此时SEBS的综合力学性能较好。

表2 PB嵌段1,2-结构含量对SEBS力学性能的影响1)

2.3 相对分子质量对SEBS力学性能的影响

在合成SEBS基础胶时，要求控制一定的相对分子质量。相对分子质量过高，聚合物加工性能变差，胶液的黏度增大，使氢化工艺复杂，难以达到较好气液接触，氢化效果差；同时由于胶液黏度较大，在氢化过程中造成撤热困难，在反应过程中加氢釜内局部温度过高，严重影响催化剂的活性，加速了催化剂的失活；相对分子质量过低，则SBS的扯断强度低，氢化后聚合物力学性能差，不能满足实际应用过程中对SEBS力学性能的要求。表3是相对分子质量对SEBS力学性能的影响。

表3 相对分子质量对SEBS力学性能的影响1)

从表3可以看出：无论是线型还是星型SEBS，当相对分子质量增加时，300%定伸应力、扯断强度及邵尔A硬度都增加，扯断伸长率和扯断永久变形减小。这是因为当相对分子质量增大时，分子链长度增长，分子链之间的缠结增加，分子间相互位移较困难，外力作用时，分子链伸展困难，表现出较高的扯断强度和相对小的伸长率，降低相对分子质量可以有效改善加工性能，但过多地降低相对分子质量又会影响制品的机械强度[10]，所以，在满足加工等要求的前提下应尽可能提高相对分子质量。

2.4 加氢度对SEBS力学性能的影响

SEBS的加氢度与其力学性能密切相关，同时加氢度的高低直接决定着SEBS老化后的力学性能。实验中选取不同加氢度的样品经开炼、硫化、裁片后，将样片放入热氧老化箱中进行老化，每隔一段时间取样测试样片的力学性能，表4是加氢度对SEBS力学性能的影响。

表4 加氢度对SEBS力学性能的影响1)

从表4可以看出，SEBS的加氢度越高，老化前扯断强度越高，这是因为在基础胶氢化过程中，PB嵌段不同结构的加氢速率各不相同，1,2-结构加氢速率快，反1,4-结构难于加氢；加氢度较低的试样，聚丁烯-1结构相对会出现较多，因此扯断强度较低。随着老化时间的延长，加氢度较高的试样扯断强度下降缓慢，也就是加氢度越高，耐热氧老化性能越好。这主要是因为加氢度越高，SEBS中残留的不饱和双键就越少，不饱和双键在光、热的作用下容易被氧化，因此在实际生产中，应保证产品的加氢度不小于97%。