基于PVC及CM的吸水膨脹型彈性體的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、本研究以交聯(lián)聚丙烯酸鈉(CPNaAA)為吸水材料，制備了聚氯乙烯(PVC)基吸水膨脹型熱塑性彈性體(TPE)、氯化聚乙烯橡膠(CM)基熱固性吸水膨脹橡膠(WSR)及基于動(dòng)態(tài)硫化PVC/CM的吸水膨脹熱塑性硫化橡膠(TPV)，對其力學(xué)性能和吸水行為進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，著重考察了橡塑比、CPNaAA含量、基體增塑及橡膠相的增強(qiáng)對吸水膨脹PVC/CM TPV的微觀相態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)行為、黏彈行為、吸水行為及脫水行為的影響規(guī)律，并對吸水過程中的析

2、出物的成分進(jìn)行了初步探索;另外，對原位生成與共混并用WSR的制備和性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:
　　(1)吸水膨脹型PVC/DOP/CPNaAA TPE的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)出典型彈性體的特征;當(dāng)PVC/DOP/CPNaAA中的CPNaAA的含量超過40phr時(shí)，復(fù)合體系呈現(xiàn)出較強(qiáng)的吸水膨脹性能;隨著CPNaAA含量的提高，復(fù)合體系的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和扯斷永久形變趨于下降而硬度增加。
　　(2) CM/CPNa

3、AA WSR的應(yīng)力-應(yīng)變曲線體現(xiàn)出典型的彈性體特征;在室溫下蒸餾水中，當(dāng)CPNaAA含量大于50phr時(shí)體系表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸水行為，且隨著CPNaAA含量的增加而明顯升高;CM/CPNaAA(100/60) WSR在200h的吸水率為550％;當(dāng)CM/CPNaAA WSR中CPNaAA含量高于40phr時(shí)，體系的吸水率隨著吸水循環(huán)次數(shù)的增加而增加;對CM/CPNaAA WSR烘干脫水后進(jìn)行測試，百分比失重率為8％。
　　(3)采用R

4、PA對CM/CPNaAA WSR的動(dòng)態(tài)黏彈行為進(jìn)行研究，結(jié)果顯示CM/CPNaAA WSR體現(xiàn)出典型的Payne效應(yīng)，且隨著吸水組分CPNaAA含量的增加Payne效應(yīng)加劇;CPNaAA與基體CM之間的界面結(jié)合嚴(yán)重影響著體系的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，這表明Payne效應(yīng)可以用來表征CM/CPNaAA WSR的界面結(jié)合;這與CM/CPNaAA WSR的拉伸斷面形貌中部分CPNaAA粒子在試樣拉斷后從基體中脫粘的結(jié)果相一致。
　　(4)研究了橡

5、塑比對吸水膨脹型PVC/CPNaAA/CM TPVs性能的影響，系列TPVs均呈現(xiàn)出彈性體“軟而韌”的應(yīng)力-應(yīng)變行為;對體系的吸水行為研究表9明，當(dāng)橡塑比小于40/60時(shí)，在室溫下蒸餾水中TPVs表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸水行為;PVC/CPNaAA/CM(30/60/70)TPV在200h的吸水率達(dá)到了2，100％;體系的吸水速率在吸水100h達(dá)到峰值，之后則趨于顯著下降，在一定的范圍內(nèi)提高橡塑比可以有效提高吸水速率;而對與體系的力學(xué)性能，隨著P

6、VC樹脂相的減少，TPVs的力學(xué)性能有所降低。TPVs刻蝕表面形貌表明CPNaAA粒子被CM橡膠相包裹，分散均勻;TPVs的拉伸斷面粗糙，CPNaAA粒子由于較大尺寸及較低的界面結(jié)合從基體中脫粘，導(dǎo)致TPVs較差的力學(xué)性能。
　　(5)研究了體系中CPNaAA含量對吸水膨脹型PVC/CPNaAA/CM TPVs性能的影響。當(dāng)CPNaAA含量高于40phr時(shí)，TPVs在室溫下蒸餾水中顯示出很強(qiáng)的吸水行為，且隨著CPNaAA含量的增加

7、而顯著增加，當(dāng)CPNaAA含量為60phr時(shí)，TPV在200 h吸水率達(dá)到了2，400％;吸水循環(huán)測試表明當(dāng)CPNaAA含量小于60phr時(shí)，吸水率隨吸水循環(huán)次數(shù)增加而增加;此外，TPVs具優(yōu)異的保水性能;改變吸水介質(zhì)的研究表明，對于以CPNaAA為吸水組分的WSR，體系的吸水率受溶液中離子濃度和pH影響嚴(yán)重;力學(xué)性能研究表明，隨著CPNaAA含量的增加，TPVs的力學(xué)性能有所下降。TPVs吸水前后表面形貌觀察發(fā)現(xiàn)在一次吸水后，在TPV

8、表面由于表層CPNaAA粒子吸水后脫落遷出形成了很多的孔道，促進(jìn)了后續(xù)吸水循環(huán);對吸水過程中的析出物研究表明，析出物質(zhì)不僅有吸水材料CPNaAA，并且有部分基體破碎脫出。
　　(6)研究了基體PVC中DOP含量對吸水膨脹型PVC/CPNaAA/CM TPVs性能的影響，基體PVC中DOP含量高于20phr時(shí)，TPVs在室溫下蒸餾水中顯示出很強(qiáng)的吸水行為，且隨著DOP含量的增加而顯著增加;當(dāng)基質(zhì)PVC中DOP含量為60phr時(shí)，體系

9、在蒸餾水中200h的吸水率超過了2，000％;對體系力學(xué)性能的考察表明，隨著基質(zhì)PVC中DOP含量增加，扯斷伸長率則明顯增大，促進(jìn)了體系的吸水膨脹。TPVs的刻蝕斷面表明CPNaAA粒子在TPV中分散較好，無團(tuán)聚;TPVs的拉伸斷面表明基體PVC未增塑前，拉伸斷面起伏較大，形變回復(fù)能力較差。
　　(7)研究了TPVs橡膠相增強(qiáng)對吸水膨脹型PVC/CPNaAA/CM TPVs性能的影響，TPVs橡膠相中加入ZDMA和CB增強(qiáng)后，體系

10、的力學(xué)性能增強(qiáng)效果明顯;對于ZDMA增強(qiáng)體系除去CM本身的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，在CM相內(nèi)部ZDMA會(huì)形成另外兩種很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致TPVs自身的形變抗力劇增，CPNaAA吸水膨脹的初始吸水階段受到的束縛力劇增，當(dāng)加入10phr ZDMA時(shí)室溫下蒸餾水中的吸水率由原來未增強(qiáng)的2，000％降至200％以下，吸水性能損失巨大;而對于CB增強(qiáng)體系當(dāng)CB含量為20phr時(shí)，體系的拉伸強(qiáng)度增加了300％增強(qiáng)效果更加顯著，吸水率由原來的2，000％降低為30

11、0％，吸水性能的損失也更小;TPVs的刻蝕斷面表明CPNaAA在體系中分散較好，而拉伸斷面拉伸觀察發(fā)現(xiàn)與未加CB增強(qiáng)的TPVs相比，斷面上散落的CPNaAA粒子明顯減少，TPVs增強(qiáng)后CPNaAA粒子在拉伸斷裂時(shí)較難從TPVs中脫落。
　　(8)研究了原位生成NaAA與物理共混CPNaAA并用增強(qiáng)吸水膨脹型PVC/CPNaAA/CM TPVs的性能。原位生成制備的PVC/in-silu-NaAA/CM體系力學(xué)性能優(yōu)異，但在室溫下蒸

12、餾水中400h的吸水率僅為50％，吸水性能很不理想;而采用原位生成NaAA與物理共混CPNaAA兩種方法并用制備的TPVs實(shí)現(xiàn)了體系力學(xué)性能的增強(qiáng)，當(dāng)體系中in-situ-NaAA/CPNaAA質(zhì)量比為10/50時(shí)，體系的拉伸強(qiáng)度增加了270％，且室溫下體系在蒸餾水中200h的吸水率為700％。并用方法制備的TPVs的微觀形貌顯示體系的界面獲得一定程度的改善，與單純共混方式相比拉伸斷面上的脫落的CPNaAA粒子明顯減少斷面更加平整，這與

13、力學(xué)性能獲得提高的結(jié)果相一致。
　　(9)綜上所述，吸水膨脹PVC/CPNaAA/CM TPVs兼具了PVC樹脂相的熱塑性以及CM基吸水膨脹硫化膠的高吸水性能;本研究中的PVC/CPNaAA/CM TPVs，隨著體系中PVC相含量的減少和CPNaAA含量的增加，體系的力學(xué)性能有所下降，但吸水性能提升明顯，且橡塑比在小于40/60范圍內(nèi)CPNaAA加入量大于40phr時(shí)具有良好的吸水性能;基質(zhì)PVC增塑提高了體系的斷裂伸長率，有利于

14、TPVs的吸水膨脹;對于增強(qiáng)型吸水膨脹PVC/CPNaAA/CM TPVs而言，橡膠相中ZDMA和CB的加入以及原位生成與物理共混并用三種方式均可對體系進(jìn)行有效增強(qiáng)，吸水性能優(yōu)劣依次為原位生成與物理共混并用＞CB增強(qiáng)＞ZDMA增強(qiáng)。
　　(10)在動(dòng)態(tài)力學(xué)性能方面，主要是考察了PVC/CPNaAA/CM TPVs的儲能模量(G')、損耗模量(G")和損耗因子(tanδ)的應(yīng)交掃描曲線。PVC/CPNaAA/CMTPVs表現(xiàn)出了典型