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丁腈橡胶/聚氯乙烯共混物的阻尼性能
文章作者admin: 时间:2021-03-31 19:33
丁腈橡胶/聚氯乙烯共混物的阻尼性能

                                符 刚1,张德志2,单国荣1

(1.浙江大学化工系化学工程国家重点实验室,浙江杭州310027; 2.杭州应用声学研究所,浙江杭州310012)

    摘要:考察了丁腈橡胶/聚氯乙烯共混物中硫化体系、炭黑种类、增塑剂用量及组分比对材料阻尼性 能的影响。结果表明,丁腈橡胶/聚氯乙烯共混物的交联密度增大,其损耗因子峰向高温方向移动,峰值 升高,损耗因子不小于0·5的温度区域变窄;相比高耐磨炭黑而言,用半增强炭黑作填料可使丁腈橡胶/ 聚氯乙烯共混物呈现更好的阻尼性能;随着增塑剂邻苯二甲酸二辛酯用量的增加,共混物的损耗因子峰 值升高,但该峰向低温方向移动;丁腈橡胶/聚氯乙烯共混物(质量比为70/30)的损耗因子不小于0·5 的阻尼温域相对较宽,适用于常温,且力学性能较好。

    关键词:丁腈橡胶;聚氯乙烯;共混物;阻尼性能;损耗因子

    中图分类号:TQ 333·7 文献标识码:B 文章编号: 1000-1255(2009)04-0317-04

作为一种性能良好的阻尼材料,它应在较宽 的温度和频率范围内具有较高的损耗因子 (tanδ)。而一般均聚物和共聚物的玻璃态转变区 较窄,产生有效阻尼的温度范围大致为玻璃化转 变温度附近的±(10~15)℃,因此材料的使用温 度范围有限。橡胶类材料的玻璃态转变区大多发 生在室温以下,而树脂类则在室温以上,均不能很 好地满足使用需要。因此由单一材料制备实用性 强的高阻尼材料往往比较困难。为增宽玻璃态转 变区和改变玻璃化转变温度,共混是常被采用的 方法,通常是将玻璃化转变温度较低和较高的2 种聚合物进行共混[1]。丁腈橡胶(NBR)与聚氯 乙烯(PVC)具有相近的溶度参数,二者相容性好, 因此可用PVC增强和改性NBR,或用NBR增韧 PVC。目前,这二者共混材料的阻尼性能研究已 有报道[2-4],但都未涉及材料的力学性能,而阻尼 材料不仅要有较宽的阻尼温域,且应具有良好的 力学性能,以满足实际使用的需要。本工作结合 材料的力学性能分析,讨论了NBR/PVC体系中 硫化体系、炭黑种类、增塑剂用量和组分比对共混 物阻尼性能的影响。 ①

1 实验部分

1·1 原材料

NBR,中国石油吉林石化公司产品; PVC,上 海氯碱化工股份有限公司产品;高耐磨炭黑(牌 号N 330),上海博卡化工有限责任公司产品;半 增强炭黑(SRF),濮阳市光璞石化有限责任公司 产品;邻苯二甲酸二辛酯(DOP),上海凌峰化学 试剂有限公司产品;其他原材料均为市售品。

1·2 试样制备

NBR 将NBR在开炼机上塑炼3 min,然后 加入其他配合剂,混炼均匀制得NBR混炼胶;混 炼胶停放24 h后于平板硫化机上模压,制得2 mm 厚的NBR硫化试样。

NBR/PVC共混物 在高速混合机中加入 PVC、稳定剂和DOP高速搅拌10 min左右,升温 至70~80℃时排料;将PVC混合料在高温开炼 机上薄通塑化,成膜至胶料均匀透明即可,温度控 制在160℃左右;在高温开炼机(辊温为160℃左 右)上将塑化的PVC与NBR共混,掺混时间为 7 min左右;常温下在开炼机上加入其他配合剂, 混炼均匀制得NBR/PVC混炼胶;混炼胶停放 24 h后于平板硫化机上模压,制得2 mm厚的 NBR/PVC共混物硫化试样。

1·3 分析与测试

动态力学性能 采用拉伸模式在动态力学性 能分析仪上测试材料的动态力学性能,试样尺寸 为14 mm×6 mm×2 mm,升温速率为3℃/min, 频率为10Hz。

力学性能 按照GB/T 528—1998测试材料 的拉伸强度、100%定伸应力和扯断伸长率,采用 Ⅰ型哑铃状试样,拉伸速率为500 mm/min,测试 温度为(23±2)℃。

邵尔A硬度 按照GB/T 531—1999测试材 料的邵尔A硬度,测试温度为(23±2)℃。

2 结果与讨论

2·1 NBR的阻尼性能

在NBR分子结构中,强极性腈基使得NBR 具有很好的阻尼性能。由图1可以看出,在 -10℃左右出现tanδ峰值。在玻璃化转变温度 以下,NBR具有很高的储能模量和较低的tanδ; 在玻璃态转变区,储能模量急剧下降, tanδ出现 峰值,材料表现出良好的阻尼性能;高于玻璃化转 变温度时,由于其分子链运动变得比较自由,分子 间的内摩擦很小,因此tanδ很低。NBR的阻尼 性能主要集中在室温以下,室温附近阻尼性能相 对不是很好。



2·2 硫化体系对NBR /PVC共混物阻尼性能的 影响

当NBR与PVC的质量比为70 /30时,分别 以硫黄和过氧化二异丙苯(DCP)作为硫化体系 考察其对NBR /PVC共混物阻尼性能的影响(以 tanδ不小于0·5的温域衡量材料的阻尼性能)。 其中硫黄硫化体系组成为硫黄1·2份(质量,下 同)、促进剂M 1·5份、促进剂DM 1·5份;采用 DCP硫化体系时, DCP用量分别为1·0份、1·5 份和2·0份。由图2可以看出,相比硫黄硫化体 系而言,使用DCP硫化体系所得共混物具有更 好的阻尼性能。这是因为硫黄只能硫化NBR, 而DCP则能引发NBR与PVC的交联,因而能在 硫化胶内部形成更密集的交联网络,其阻尼性 能也更好。



DCP用量由1·0份增加到2·0份时, NBR/ PVC共混物的交联密度增大,导致NBR/PVC硫 化胶的分子链段运动困难,玻璃化转变温度升高, 对应的tanδ峰向高温方向移动; tanδ峰值升高 则是由于聚合物链段间摩擦力增大的缘故;另外 随着DCP用量的增加,NBR、PVC组分的相容性 得以提高,交联点侵扰了原有的弛豫区域,造成可 能的弛豫单元数和弛豫区域减小[5],导致tanδ不 小于0·5的阻尼温域变窄。

由图3可以看出,随着DCP用量的增加, NBR/PVC共混物储能模量的陡变区域(即玻璃 态向高弹态转变的区域)向高温方向移动。在玻 璃态、玻璃态转变区域及高弹态3个区域内,储能 模量均随DCP用量的增加而增加。根据交联网 络理论可知,随着交联密度的增大,橡胶分子链之 间将联结成为更致密的三维网型结构,从而限制 了分子链的运动,因此在一定应力下产生的形变 较小,储能模量得以提高。



2·3 炭黑种类对NBR /PVC共混物阻尼性能的 影响

由图4可以看出,填充SRF的NBR/PVC共混 物的tanδ在峰宽和峰高上均要优于填充高耐磨炭 黑者,后者的储能模量相对较高。由于炭黑对 NBR/PVC共混物阻尼性能的影响与它们之间的相 互作用和界面尺寸等有关,所以炭黑粒径越小,其 比表面积越大,与NBR/PVC共混物的接触表面越 大,物理结合点越多,增强效果越好,NBR/PVC共 混物的储能模量就越高, tanδ越小;反之,与NBR/ PVC共混物的摩擦力增大,阻尼损耗就越明显。



2·4 DOP用量对NBR /PVC共混物阻尼性能的 影响

由图5可以看出,随着DOP用量由15份增 加到20份,NBR/PVC共混物的tanδ峰值升高, 最大阻尼时的温度降低,温域向低温区移动。这 是因为在共混物形成过程中,分子链的迁移受到 链间引力及网络缠结的阻碍,而DOP却限制了这 种空间阻碍作用,有利于提高二组分的相容性,从 而加大了分子链段间的位移摩擦。因此通过调节 增塑剂用量可以灵活调节阻尼温域。但在阻尼材 料中,增塑剂用量不宜过大,因为过多的增塑剂会 使材料的蠕变和应力弛豫速度增加,影响其阻尼 性能和使用的可靠性。与填料相反, DOP在 NBR/PVC共混物中起到了软化作用,因此随着 DOP用量的增加,材料的储能模量降低。可见增 塑剂和填料一样,也可作为调节材料储能模量的 有效方法之一。



2·5 组分比对NBR /PVC共混物性能的影响

2·5·1 阻尼性能

由图6可以看出, PVC的玻璃化转变温度比 NBR高很多,且随着PVC用量的增加,NBR/PV 共混物的玻璃化转变温度向高温方向移动, tan 峰值随之降低。这是因为NBR的阻尼性能比 PVC优越。NBR/PVC共混物的tanδ峰比NB 宽很多,因此该共混方式有利于扩大NBR的阻尼 温域。进一步研究发现,NBR/PVC共混物的玻璃 化转变温度和tanδ峰值与NBR的用量呈现很好 的线性关系(见图7),这表明NBR与PVC的配比 对共混物的玻璃化转变温度的位置和tanδ峰值 发挥了主要作用,因此可根据实际应用的需要选 择合适的配比。由图6还可以看出,NBR/PVC为 70/30的共混物的tanδ不小于0·5的阻尼温域 相对较宽,且其温域(-16~34℃)适用于常温。





2·5·2 力学性能

由表1可以看出,随着PVC用量的增加, NBR/PVC共混物的邵尔A硬度、拉伸强度和 100%定伸应力增大,扯断伸长率降低。邵尔A 硬度等随着PVC用量增加而增大的原因主要是 由于共混物中PVC分子间的相互作用力较大,表 现出玻璃态的性质,抵抗外力破坏的能力比橡胶 强,在共混物中能起到约束形变的作用所致。另 外,PVC用量的增加使PVC的无定形区减少, PVC 之间的相互作用力增强,也使共混物的邵尔A硬 度等得以提高。由于PVC在共混物中能起到约 束形变的作用,因而NBR/PVC共混物的扯断伸 长率随着PVC用量的增加而降低。NBR/PVC为 70/30的共混物的力学性能较好,尤其是拉伸强 度比NBR高很多。



3 结 论

a)随着NBR/PVC共混物交联密度的增大, 其tanδ峰向高温方向移动,并且tanδ峰值也随 之升高, tanδ不小于0·5的温度区域变窄。

b)相比高耐磨炭黑而言,用SRF作填料可使 NBR/PVC共混物呈现更好的阻尼性能;随着 DOP用量增加,共混物的tanδ峰值升高,但该峰 向低温方向移动。

c)当NBR/PVC为70/30时,该共混物的tanδ 不小于0·5的阻尼温域相对较宽;随着PVC用量 的增加,NBR/PVC共混物的邵尔A硬度、拉伸强 度和100%定伸应力增加,但扯断伸长率降低。

参考文献:

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