低残留结晶度氯化聚乙烯的热稳定性和性能的研究

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氯化聚乙烯(CPE)是一种新型的高分子弹性体材料,具备许多优异的性能。因为CPE是聚乙烯氯化制得的,分子中含有未氯化的聚乙烯段,整个材料呈现出介于橡胶和塑料之间的性能,CPE中的氯含量及残余结晶度的大小决定了产品的最终性能。CPE分子中含有氯原子,在受热或加工过程中往往会产生热降解,并脱出氯化氢气体,因此针对CPE的热稳定性研究倍受关注。本课题主要针对CPE的热稳定性、CPE硫化胶和CPE与丁腈橡胶(NBR)共混的体系的性能进行研究。重点考察了各类热稳定剂对CPE热稳定性的影响;CPE硫化胶的碳黑体系和非碳黑体系中,不同型号CPE原料、填料和稳定剂的品种以及填料、氧化镁和过氧化物硫化剂的用量对其各项性能的影响;CPE和NBR共混体系中,各组份用量、填料品种和CPE、NBR的并用比对体系各项性能的影响。研究结果表明,热稳定剂对于提高CPE的热稳定性很有效。刚果红法的结果表明,单用稳定剂时,二盐基硬脂酸铅、硬脂酸铅、硫醇锡T137的效果较为显著。稳定剂两两并用时,二盐基亚磷酸铅:二盐基硬脂酸铅=1:3、硬脂酸铅:硬脂酸钡=1:1、二月桂酸二丁基锡:二盐基亚磷酸铅=1:1的并用体系较好。环氧大豆油对二月桂酸二丁基锡抑制CPE脱氯化氢时间有协同作用,当环氧大豆油用量为5份、二月桂酸二丁基锡用量为1份时,两者的协同效应最明显,但是并不能提高CPE的脱氯化氢温度。DSC的结果表明,热稳定剂单用时,二盐基亚磷酸铅、硬脂酸钡、395A体系对抑制CPE脱氯化氢作用为最有效的,并且环氧大豆油对有机锡体系起到协同效应。热稳定剂两两并用时,对提高CPE的热稳定性都很好。不同品种的热稳定剂对提高CPE的热稳定性不同,其中以铅盐类的最好。TGA的结果表明,在氮气中CPE降解比较缓慢,而氧气对CPE的降解反应起到了一定的促进作用。相对于在氮气气氛中而言,热稳定剂在氧气气氛中对抑制CPE脱氯化氢更有效。对CPE135A和CPE135B进行了红外光谱分析,发现两种CPE均为低残留结晶度的;DSC分析,发现CPE135A的链柔性比CPE135B好。从不同品种的CPE的性能研究中发现,低残留结晶度CPE的链柔性较好。随着氯含量的增加,拉伸强度、撕裂强度都增大。CPE140的耐油性、耐溶剂性能优于CPE135。对于CPE的碳黑体系而言,氧化镁的用量在5~10份之间比较好。不同碳黑品种对CPE硫化胶性能的影响较大,其中高耐磨碳黑补强效果好,硫化胶具有较高的拉伸强度和撕裂强度,但断裂伸长率较低,而半补强碳黑易于加工,可大量填充,且硫化胶有适当强度、较好的断裂伸长率,并且碳黑用量在40~60份较好。而热稳定剂品种对硫化胶的力学性能和耐热空气老化能力影响不大。对于CPE的非碳黑体系来说,<WP=9>当DCP与硫脲混用作硫化剂,DCP的最佳用量为1~1.5份。TAIC的最佳用量为2~4份,由于TAIC是液体,用量过多起到增塑剂的作用。NA-22的最佳用量为0.5份。DOP的最佳用量为20份。填料对CPE硫化胶有影响,不加氧化镁时,碳酸钙补强效果最差,酸性填料白炭黑出现了大量气泡,滑石粉有少量气泡,而碳黑没有气泡;加氧化镁后,白炭黑和碳黑的补强效果要好于其他两种填料;再加入NA-22,则白炭黑体系的性能最好。在不同品种CPE硫化体系的SEM照片中,并不能很明显地看出各体系微观结构的差别。对CPE/NBR共混体系来说,拉伸强度先增加后减小,在并用比CPE/NBR =30/70时最大。而撕裂强度和断裂伸长率则是CPE/NBR=80/20时最好。永久变形和硬度则是随着CPE用量减少而减少的。适量增塑剂能提高该共混体系的性能,最佳用量为10份。DCP、TAIC的最佳用量分别为1~2份和2份。对于碳黑品种而言,快压出碳黑和高耐磨碳黑补强效果好、硬度较高,半补强碳黑的硫化胶有适当强度、较好的断裂伸长率。当半补强碳黑和高耐磨碳黑并用时,随着高耐磨碳黑的用量减少,拉伸强度、永久变形均有所下降,单用HAF时撕裂强度最好,断裂伸长率则在SRF/HAF=30/20时最好。对于非碳黑体系,白炭黑体系的拉伸强度、撕裂强度、永久变形和硬度明显高于碳酸钙、陶土、滑石粉和绢云母体系。另外,白炭黑体系的耐溶剂性最好。陶土和绢云母体系的断裂伸长率最高。含丙烯腈较多的N220S和3604两个品种的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和永久变形均高于含丙烯腈较少的N240S和N41两个品种。在CPE、NBR不同并用比的SEM照片中发现,随着CPE用量的增加,CPE相逐渐与NBR相融合在一起。在CPE与NBR用量接近时,两相相区尺寸比较接近。另外,内聚能较大的NBR相存在团聚现象。
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