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  • 制香胶粉,制香原料-山东恒洋制香胶粉厂
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胶粉粒径对橡塑共混开孔材料形态与力学性能的影响

发布日期:2015-06-04 09:45:36
发泡塑料是以高分子聚合物为基本组分,气体为 填料的复合高分子材料。发泡塑料按孔径大小可分 为:超微孔材料,孔径为0. 1〜1.微孔材料,孔径为1〜10pm;普通微孔材料,孔径不大于50pm;普通 的泡沫制品,孔径通常大于15。根据泡孔结 构的不同,又可分为闭孔型和开孔型发泡塑料。塑料 泡体中的泡孔是封闭的,孤立地分散在塑料中,只有塑 料基体是连续相的发泡塑料被称为闭孔发泡塑料。塑 料泡体中的泡孔是破的,气泡间相互连通,泡体中的气 相和塑料都是连续相的发泡塑料被称为开孔发泡塑 料。过去,人们对热塑性发泡塑料的研究绝大多数是 围绕着闭孔发泡塑料进行的,因为与不发泡塑料相比, 闭孔发泡塑料具有相对密度低、比弹性模量高、比强度 高的优点,是一种理想的轻质结构材料。由于开孔发 泡塑料具有泡孔结构开放、能形成复杂的通道、允许流 体通过的特点,近些年来得到人们的广泛重视。假如
能够精确地控制开孔发泡塑料中泡孔的尺寸和形态, 就可以确定材料允许通过的流体的性质,或控制流体 的通过速率,或使其起到分离作用,实现特殊用途™。
这里的研究对象为聚乙烯/橡胶粉共混开孔材料 的孔隙形态及其力学性能,其孔径分布范围约1〇〜 200Mm,它介于微孔材料与普通发泡材料之间,而且材 料性能、泡孔形成的机理、泡孔形态结构等与以往的研 究[4〜6]有所不同。目前对这种新型开孔结构材料的研究 报道较少[7~9],此种材料的开孔孔隙有利于水或气体等流 体的通过,因此可用于农业节水灌溉[1°]等领域。
1实验部分 1.1主要原料
20、40、60、80目橡胶粉:南京聚星高分子材料有 限公司;
HDPE,LDPE:中国大庆石化公司;
发泡剂、加工助剂:市售;
滑石粉:长春银石超细矿粉有限公司。
1.2主要设备及仪器
材料力学性能试验机:Instron-1121,英国;
单螺杆挤出机..SJ-30X25B,上海挤出机械厂; 高速搅拌机:GRH-10,阜新市热源设备厂;
透水速率测量仪:自制;
激光粒度分析仪:LS-POP,珠海;
反射式显微镜:XTB-1,上海;
数码照相机:〇LYMPUS-ju400,苏州。
1.3橡塑共混开孔材料的制备
将聚乙烯树脂、橡胶粉、发泡剂、加工助剂及填料 按照一定配比在髙速搅拌机中充分混和均匀,然后加 人到单螺杆挤出机中进行共混造粒,最后经挤出机加 工制成管状试样。取样供形态分析、力学性能测试。 工艺流程见图1。
1.4研究内容和方法
以交联后并经粉碎的橡胶颗粒和热塑性高分子材 料聚乙烯(PE)为主要原料,通过共混加工得到热塑性 开孔型材料。通过显微镜观察、照相对其孔隙的成因 与结构进行表征与讨论,并通过材料力学性能测试,对 此种材料的拉伸强度、断裂伸长率与胶粉粒径之间的 变化规律进行了研究。
1.4.1拉伸实验
1)样品的选取
根据配方,选取4组样品,试样为管状,$内 10mm,管壁厚2mm,每组样品取3个试样,取样长度 为300mm,实验长度为200mm。
2)测量
在Instron-1121实验机上进行拉伸强度试验,设 定试样拉伸速率■w=50mm/min,比较不同橡胶颗粒对 拉伸强度的影响
1.4.2泡孔结构的显微镜观察
1)样品制备:选取各组配方样品,在室温下用刀片 切制样品,用双面胶固定在载玻片上,留作形态观察。
2)在反射式显微镜下进行形态观察,显微镜放大 倍数为1〇〇倍,数码相机分辨率设定为2272X1704。
2结果与讨论
2.1橡胶颗粒分布状态
胶粉即硫化交联的橡胶制品,主要来源是异戊、丁 二烯、甲基丁苯等混合硫化报废轮胎,经粉碎加工制得 的各种规格胶粉。各种规格胶粉的形态如图2所示, 胶粉呈现为无规则的颗粒,且表面不光滑,类似土壤的 团粒结构,其中很多颗粒为聚集体。
不同目数胶粉粒径分布状态。由图可 见,80目胶粉大部分粒径dOOpm,峰值出现在6(Vm 附近;60目胶粉出现双峰,分别在70pm和150pm附 近,这与显微镜照片图2(c)的结果相吻合, 图中有明显的大颗粒存在;40目和20目胶粉中含有 较多的>l〇〇Hm的大颗粒,但其中也含有部分小粒径 颗粒。
2.2胶粉粒径对肢粉/PE共混物开孔结构的影响 图4显示了不同粒径胶粉/PE共混物的泡孔形态 结构。从图(a)和(b)可以看到,由于样品中分别含有 20和40目胶粉,因此,可以明显地观察到存在有大量 的lOOfxm以上大颗粒胶粉;而且,图中大多数相邻泡 孔呈连通状;泡孔的局部边缘紧邻大粒径橡胶颗粒;由 于受到橡胶颗粒的限制,泡孔呈现出不规则形状。从 图(c)和(d)可以看到,由于60和80目胶粉的粒径较 小,泡孔尺寸相对较小,且多数呈孤立状态,泡孔接近 圆形。 
 
2.3肢粉/PE共混物开孔结构成因
橡胶经硫化后分子间已形成交联网络结构,不再 具有黏流性,在共混物制备的全过程中,橡胶颗粒类似 于无机填料,几乎始终保持原有的颗粒大小不变,因此 它相当于一种非刚性填充材料。另外,在粉碎过程中, 胶粉表面易于氧化,表面呈现出惰性,使其不能与聚乙 稀树脂间形成良好的界面相容性。当样品中含有粒径 较大橡胶颗粒时,聚乙烯与小颗粒胶粉共混物只能填 充在大颗粒堆砌的缝隙中。当共混物中存在过饱和气 体时,在大橡胶颗粒和小橡胶颗粒与聚乙烯共混物的 界面处首先容易出现缝隙,形成泡孔,在外力(牵引力) 作用下泡孔破裂、相互连通、形成开孔。试验中对未加 发泡剂的样品形态分析也可以证明这一点,如图5所 示。在共混样品中未加发泡剂时,大颗粒胶粉周围仍 能出现孔隙,并且有一部分是连通的。
胶粉粒径对材料力学性能影响的结果见图6、7。 由图可见,随着胶粉粒径的变小,材料的拉伸断裂强度 和断裂伸长率增大,添加80目胶粉的样品增加幅度最 大。这是因为在一定粒径范围内,胶粉含量一定时,颗 粒尺寸越小,共混物的相区分布越均匀,而大颗粒胶粉 (20,40目)的存在使样品相区变得不均勻,局部区域 出现较大且连续的缝隙。
由图4可见,共混物结构由4种形态组成,第一种 形态是作为连续相的PE,它相当于“粘合剂”将橡胶颗 粒粘合到一起,共同组成样品的整体结构,共混物的拉 伸强度和伸长率主要由PE提供;第二种形态是分散 相的橡胶颗粒,随着橡胶颗粒变大,共混物相区变得不 均勻,在含有40目尤其是20目胶粉的样品中,可以明 显地观察到有较大的橡胶颗粒;第三种是局部连续的 孔隙结构(开孔第四种是孤立的泡孔结构(闭孔)。 这两种孔隙的尺寸均大于10pm(微孔尺寸的上限), 因此两者对共混物的力学性能通常只起破坏作用。
另外由前面的讨论已知,在粉碎过程中胶粉表面 易于氧化,使其不能与聚乙烯发生良好的界面相容性, 对于颗粒较大的胶粉在样品加工过程中,就有可能在 两相界面处形成较大的裂纹,在发泡剂的作用下变成 不规则泡孔,最终导致样品的拉伸强度和伸长率下降。
通过显微镜观察可以发现,在样品的拉伸断面上, 填充20目胶粉的样品呈现出较长且一簇一簇的PE 纤维,而填充80目胶粉的样品,PE纤维则分布均勻且 较纤细(图8)。
2.5肢粉粒径对共混材料应力-应变曲线的影响 胶粉/PE共混样品的应力-应变曲线如图9所示。 由图9与图10的对比可以看出,聚乙烯与胶粉共混 后,纯PE(图10)原有的屈服点已完全消失,说明胶粉 填充PE发泡体系显示出了以韧性为主的特性,这是 胶粉弹性体的表现。通过显微镜观察可以发现,纯PE 呈现出一定的刚性,在用尖锐物体接触时只能产生轻 微的划痕,并不发生形变,而PE与胶粉共混后,在胶 粉含量较高时共混物则呈现出明显的韧性,用尖锐物 体接触时呈现出与硫化橡胶相同的回弹性。由曲线还 可以发现,由于胶粉和泡孔的双重作用,共混材料的拉 伸强度、断裂伸长率比纯PE有明显的下降。 
1)随胶粉粒径的增大,胶粉/PE共混物的开孔结 构随之增大或增多,且泡孔变得越加不规则,胶粉粒径 较小时,泡孔尺寸相对较小,且多数呈孤立状态,泡孔 接近圆形。
2)当样品中含有的橡胶颗粒较大时,泡孔容易在 大颗粒橡胶与混合物界面处形成,在外力(牵引力)作 用下泡孔破裂、相互连通、形成开孔,其泡孔形成过程 与开孔型不相容聚合物共混[11] (Immiscible Polymer Blending)微发泡材料制备方法有相似之处。
3)随着胶粉粒径的变小,胶粉/PE共混材料的拉 伸断裂强度和断裂伸长率随之增大。原因在于颗粒较 大的胶粉在样品加工过程中,两相界面处易形成裂纹, 诱发泡孔产生,在发泡剂的作用下,使其变成不规则泡 孔,最终导致样品的拉伸强度和伸长率下降。
4)胶粉/PE共混物,在胶粉含量较髙时共混物则 呈现出明显的軔性,纯PE原有的屈服点完全消失。