CM用量对AEM/CM/TPEE共混胶性能的影响

董晓坤，邓涛

(青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

随着当今社会的发展和进步，高分子材料逐渐被应用于人们生活的各个领域，在生活的方方面面起着不可或缺的作用。而随着高分子应用领域越来越宽，一些传统的高分子材料逐渐不能满足日益增长的性能要求，例如，随着涡轮增压技术的逐渐发展，对汽车油管的耐油耐热性能提出了更高的要求， 因此传统的丁腈橡胶逐渐被淘汰和取代。

乙烯-丙烯酸酯弹性体（AEM G）作为最近几年新兴的高分子材料，主链为饱和的C—C链段，且侧链含有极性基团，因此具有优异的耐老化和耐油性能[1]，常被用来取代NBR生产液压胶管，吸引了人们广泛关注。TPEE是一种新型的聚酯弹性体，是一种含由硬段和软段嵌段共聚物，具有极佳的耐油性[2]。近几年，在TPEE 改良增强型品种、高性能及高功能化品种 、高附加值品种、合金化品种等研发方面颇有成效。

橡胶共混改性是橡胶加工过程中常用的改性方式[3]，其将两种性能不同的高分子材料进行共混，使二者性能进行互补，取长补短，得到一种一种综合性能优异的高分子材料。本实验前期将具有优异耐油耐高温性能的AEM橡胶与TPEE树脂进行熔融共混，希望制得一种耐油耐高温的共混胶，但发现因为二者拉伸行为不匹配，导致物理机械性能较差，所以，本实验在AEM/TPEE共混胶中引入第三相氯化聚乙烯（CM），一方面，期望CM作为一种相容剂，增加共混胶之间的相容性，改善其物理机械性能；另一方面，因为AEM的生产成本较高，加入CM希望能够降低共混胶的生产成本，有利于二者进一步的工业化生产。

1 实验部分

1.1 原材料

乙烯-丙烯酸酯弹性体（AEM G） ，美国杜邦化工集团（中国）有限公司；氯化聚乙烯 (CM)，型号WEIPREN3000，中等氯含量，潍坊亚星化学股份有限公司提供；聚酯弹性体（TPEE）：牌号H28DMG，江阴和创弹性体新材料科技有限公司；其它助剂均为市售橡胶工业常用原材料。

1.2主要仪器和设备

高温开炼机：XK-160，大连华韩橡塑机械有限公司；开炼机：X（S）K-160，上海双翼橡塑机械有限公司；平板硫化机：LCM-3C2-G03-LM，深圳佳鑫电子设备科技有限公司；GT-7017-M型老化箱，台湾高铁有限公司；无转子硫化仪，GT-M2000-A，台湾高铁有限公司；电子拉力机，I-7000S，台湾高铁有限公司；硬度计，上海险峰电影机械厂。

1.3 基本配方

表1 实验配方

其余配合剂均相同（单位：份）：硫化体系 3.5，硬脂酸2，防老剂445 2，炭黑N550 60，轻质CaCO320。

1.4 试样制备方法

1.4.1 试样制备

首先，使用高温开炼机（辊温170 ℃）将TPEE加热熔融，然后按照实验配方中的并用比与AEM生胶进行熔融共混，混合均匀制得橡塑共混物，待停放冷却后，再在常温开炼机上加入CM、硫化体系以及其他配合剂，混炼均匀后下片，停放16 h后制样。

1.4.2 试样测试

硫化特性：按GB/T 16584—1996测试，硫化温度170 ℃。

热空气老化：老化温度100 ℃，老化时间72 h。

热油老化：老化温度100 ℃，老化时间72 h，老化介质46#液压油。

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，拉伸速度为500 mm/min，测试温度为室温。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

从表2可知，随着CM用量的逐渐增多，共混胶MH逐渐增大，工艺正硫化时间t90逐渐变长，这是因为随着CM用量的逐渐增多，TPEE含量的减少，共混胶中可发生交联的橡胶相所占份数逐渐增多，不可交联的树脂相逐渐减少，因此共混胶的交联程度逐渐增大。此时，在硫化剂用量不变的情况下，因橡胶相增多导致每份橡胶相中分散的硫化剂量减少，所以硫化变慢t90逐渐变长。

表2 CM用量对AEM/TPEE共混胶硫化特性的影响

2.2 物理机械性能

2.2.1 常温物理机械性能

由图1可知，当AEM与TPEE共混时，拉断强度较低为12.33 MPa，认为AEM和TPEE相容性不好，二者模量不匹配。当AEM/TPEE共混胶拉伸时，因为两相拉伸行为不同，容易发生应力集中，使得共混胶性能较差。当加入第三项CM以后，性能出现明显的改善，且随着CM用量的增多，拉断强度逐渐增大，拉伸强度由12.33 MPa提升到16.33 MPa。因为CM在AEM/TPEE中起到良好的相容剂的作用，CM和AEM具有相同的硫化体系，二者可以发生较好的共硫化。同时，CM中的乙烯段和TPEE具有良好的相容性，使得CM在AEM和TPEE之间起到很好的“桥梁”作用，进而增加二者的相容性。

图1 CM用量对拉断强度的影响

从图2可以看出，2#试样的扯断伸长率最大，后随着硫化剂用量的增多逐渐减少。这是因为硫化剂用量增多，共混胶交联程度增大，使得共混胶交联网络更加完善，交联程度的增大，共混胶的模量上升，扯断伸长率变小。

图2 CM用量对扯断伸长率的影响

由图3和图4可知，AEM/TPEE共混胶中，随着CM相的增多和TPEE相的逐渐减少，共混胶的硬度逐渐增大，200%定伸应力也逐渐增大，由8.7MPa增加到11.6MPa。这是因为交联以后的CM相的硬度大于TPEE相的硬度，所以随着CM相的增多，共混胶的硬度逐渐增大。由硫化特性可知，随着CM相的逐渐增多，共混胶交联程度逐渐增大，交联网络更加完善，因此，共混胶抵抗变形的能力越来越大，在受到外力后高分子链段更难发生移动，导致AEM/CM/TPEE共混胶的200%定伸应力逐渐增大。

图3 CM用量对硬度的影响图

图4 CM用量对200%定伸应力的影响

2.2.2 热油和热空气老化对物理机械性能影响

AEM和TPEE的主链均为饱和的C—C链段，且侧链含有极性基团，因此二者具有优异的耐老化和耐油性能，本实验通过老化箱对共混胶进行热空气和热油老化，考察在AEM/TPEE共混胶中加入CM后，对共混胶耐热油和热空气性能是否有的影响。

由表3可证明，AEM/TPEE共混胶具有优异的耐空气老化性能，热空气老化后AEM/TPEE共混胶拉断强度由12.33 MPa上升为13.64 MPa，扯断伸长率由342%降到240%，这是因为在热空气老化的过程中，AEM能够发生二次硫化，交联网络更加完善，进而导致模量增大，因此拉断强度上升。后随着CM用量的增加耐空气老化性能逐渐变差，此过程中主要由两个因素影响共混胶的性能，一是AEM二次硫化，AEM相交联网络逐渐完善，提升共混胶性能；二是热空气老化使得交联键发生断裂，从而破坏交联网络，使得共混胶性能下降。当加入CM用量较少时，AEM二次硫化的效应占据主导作用，因此拉断强度增大。随着CM增多，共混胶的耐老化性能变差，交联网络遭到较大破坏，拉断强度下降。

表3 CM用量对AEM/TPEE共混胶热空气老化性能的影响

AEM/TPEE共混胶耐极性油性能较好，因为CM侧链含有极性基团-Cl，所以其耐热油性能也较为优异。从表4可知，AEM/TPEE共混胶具有优异的耐热介质性，热油老化后拉断强度较老化前提高了10%，而在热油老化过程中存在小分子油逐渐浸入共混胶的现象，导致分子链之间更容易发生相对滑移，模量下降，使共混胶更容易发生拉伸，导致拉断强度下降，但扯断伸长率的变化率小于热空气老化后的变化率。

表4 CM用量对AEM/TPEE共混胶热油老化性能的影响

3 结论

（1）在AEM/TPEE共混胶中加入CM后，提高了AEM和TPEE之间的相容性，对共混胶性能有了明显的改善，拉断强度由12.33 MPa提升到14.17MPa。且随着CM用量的增多，共混胶的拉断强度逐渐变大。

（2）CM的加入使得AEM/TPEE共混胶的耐热空气和耐热油性能出现一定的下降，但整体性能仍较为优异。老化前后的性能保持率随着CM用量的逐渐增大而逐渐变差。