用转矩流变仪调节聚氯乙烯_废胶粉热塑性弹性体的加工配方

加工 �应用 � � � � � � � � � � � � � � � � � 合成橡胶工业, 2006- 07- 15, 29 ( 4 ): 275~ 279CH INA SYNTHET IC RUBBER INDUSTRY 用转矩流变仪调节聚氯乙烯 /废胶粉 热塑性弹性体的加工配方 牛晓伟1, 2,严长浩 1, 2,鲁 � 萍 1, 2,吴德峰 1, 2,陈晓松 3, 张 � 明1, 2* ( 1�江苏省环境材料与环境工程重点实验室,江苏 扬州 225002; 2�扬州大学化学化工学院,江苏扬州 225002; 3�常州工程职业技术学院化学工程系,江苏 常州 213164) � � 摘要: 用转矩流变仪对聚氯乙烯 /废胶粉热塑性弹性体的加工温度、加工转速、交联剂用量、增塑剂 的种类与用量以及增容剂用量进行了调节。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 用流变仪研究加工配方可以确立加工的最佳工 艺参数。选择加工温度在 160 � 、加工转速为 50 r /m in时,安全加工时间适中, 且能耗较低。采用促进 剂 TT硫化体系, 当氧化锌用量 (质量分数, 下同 )为 4% ~ 6%、促进剂 TT为 1� 6% ~ 2� 4%、硫黄为 1� 6% ~ 2� 4%时,材料的性能较好。选用邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂, 共混体系的流动性能较好, 加工 能耗较低 ,且增塑剂用量为 24% ~ 30%较为适宜。选用丁腈橡胶作增容剂,当其用量为 4� 90% ~ 7�91% 时, 有利于提高聚氯乙烯与废胶粉之间的界面结合, 用量过大会使共混体系的加工性能大幅度下降。 关键词: 聚氯乙烯;废胶粉;热塑性弹性体; 转矩流变仪;加工; 配方 � � 中图分类号: TQ 334� 9� � 文献标识码: B� � 文章编号: 1000- 1255( 2006) 04- 0275- 05 � � 废旧橡胶对环境造成的污染已经引起人们 的普遍关注。以前主要通过直接利用和物理 化学加工利用两种方法回收利用废旧橡胶, 近 年来, 将废胶粉与树脂共混已成为人们研究的 重点之一 [ 1~ 4 ]。但传统的共混方法用料量大 , 耗时长, 对实际加工中的能耗等参数无法做出 确切评价。 转矩流变仪在聚合物的流变性能测定、批量 生产的加工条件和质量监测, 以及研究新材料的 配方中都有广泛的应用 [ 5~ 7] , 它只需要很少的样 品即可在实验室里模拟实际生产的工艺条件。本 工作就转矩流变仪在聚氯乙烯 /废胶粉 ( PVC / WRP)热塑性弹性体加工及配方中的应用进行了 初步研究。 1� 实验部分 1�1� 原材料 聚氯乙烯 (软质 ) :上海氯碱化工股份有限公 司生产; 废胶粉: 南通新升橡胶制品有限公司生 产;邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二正辛酯、稳 定剂、硬脂酸、氧化锌、促进剂 TT、丁腈橡胶及硫 黄等均为市售品。 � � ① 1�2� 仪器设备 Haake转矩流变仪: 德国 Thermo公司生产; 双辊筒开放式炼胶机: XK - 160, 锡山市新华橡塑 机械厂生产;平板硫化机: QLB- 25 ,t锡山市新华 橡塑机械厂生产;液压成型机: YJ- 450, 余姚市华 城液压机电有限公司生产; 微机控制电子万能试 验机: WDW - 5, 上海华龙测试仪器厂生产; 橡胶 硬度计:邵尔氏 LX- A, 江都市试验机械厂生产。 1�3� 基本配方 PVC /WRP热塑性弹性体的基本配方 (质量 份 ) :聚氯乙烯 27, 废胶粉 18, 硫酸铅 4, 硬脂酸 0�5,氧化锌、促进剂 TT和硫黄均为变量 (三者质 量比为 5 /2 /2) ,邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸 二正辛酯变量,丁腈橡胶变量。 1�4� 加工工艺 废胶粉的干燥 � 废胶粉在生产和存放过程 � � � � ① 收稿日期: 2005- 12- 12;修订日期: 2006- 05- 10。 作者简介:牛晓伟 ( 1981� ) ,男,硕士研究生。 基金项目: 江苏省教育厅自然科学基金资助项目 ( 03 K JB 430166 )。 * 通讯联系人。 中易潮湿, 含水量较大时会影响共混物的性能, 因此必须对其进行干燥处理。烘干工艺条件为 80 � , 24 h。 PVC /WRP预混料的制备 � 将聚氯乙烯粉、 废胶粉及各种助剂按照配方于室温下预先搅拌混 合均匀。 PVC /WRP热塑性弹性体的制备 � 将预混料 于设定的温度及转速下在转矩流变仪中混炼 5 m in,停机出料。所得共混物在开炼机上开炼成 片,在平板硫化机上于设定温度及 10~ 15MPa压 力下模压 10m in,保压冷却后开模,裁成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 样条。 性能测试 � 共混物拉伸性能按 GB /T 528� 1998测试, 硬度按 GB /T 531� 1999测试。硬度 测试时 3层试样叠合厚度 6 mm, 1 s内读数。 2� 结果与讨论 2�1� 加工温度 在不同的加工温度下制备 PVC /WRP热塑性 弹性体,所得转矩 -时间曲线、能量 -时间曲线及 相应试样的力学性能见图 1和表 1。仅从所得弹 性体的力学性能看,加工温度高可以提高其拉伸 强度和扯断伸长率。从图 1可以看出,升高加工 温度可以降低共混物在混炼过程中的平衡转矩, 使聚氯乙烯与废胶粉更好地融合,降低能耗,但是 温度过高物料交联过快, 混炼的安全加工时间变 短。因此综合各项因素, 160 � 的加工温度较为 适宜。 F ig 1� In flu ence of tem perature on processing behav ior ofPVC /WRP b lend s Table 1� Influence of temperature on m echanical properties of PVC /WRP b lends Tem perature/� 150 160 170 Tens ile strength /MPa 12�89 16�61 16�78 Modulus at 100% /MPa 11�78 10�96 10�96 E longation at break /% 116�32 190�68 192�64 Shore A hardness 91 90 93 2�2� 加工转速 从图 2可以看出, 转速过高体系的交联速度 明显加快,混炼的安全加工时间明显变短,且转速 高时剪切速率也增大,体系温度升高的速率加快, 物料更易发生降解,例如在 80 r /m in和 100 r/m in 的转矩曲线中,共混体系刚刚发生交联即降解,转 矩陡然下降。因此加工转速以 50 r /m in为宜。 F ig 2� Inf luen ce of rotat ion speed on p rocess ing behav ior ofPVC /WRP b lend s 2�3� 交联剂用量 废胶粉在长期的磨损、老化及加工成粉时的 机械作用下, 有少部分硫硫键和硫碳键发生断 裂, 交联密度有所下降, 使用适量的交联剂可以 促进 PVC /WRP制品的有效交联, 提高其使用性 能。本实验中采用促进剂 TT硫化体系。从图 3 可以看出, 与未使用交联剂的试样相比, 使用交 联剂者的转矩曲线出现明显的转矩提升, 意味 着体系发生了交联, 且随交联剂用量的增加, 转 矩达到平衡的时间缩短, 转矩峰形逐渐尖锐。 这表明交联剂用量增加可以明显提高体系的交 联速率,但用量过大物料表面的交联速率过快, 体系温度快速升高, 使得废胶粉粒子更容易溶 胀于黏度相对较低的聚氯乙烯相中, 从而导致 转矩下降过快。从表 2可以看出, 添加交联剂 后, 试样的力学性能也有所改善。综合考虑, 选 用交联剂用量 (质量分数,下同 )为氧化锌 4% ~ �276� 合 � 成 � 橡 � 胶 � 工 � 业 � � � � � � � � � � � � � � � � 第 29卷 � 6%、促进剂 TT 1�6% ~ 2�4%、硫黄 1�6% ~ 2�4%时, 共混物的性能相对较好。 Recipe(m ass fraction) : a) no crossl ink er; b) ZnO 2�0% , accelerator TT 0�8% , S 0�8% ; c) ZnO 4�0% , accelerator TT 1�6% , S 1�6% ; d) ZnO 6�0% , accelerator TT 2�4% , S 2�4% ; e) ZnO 8�0% , accelerator TT 3�2% , S 3�2% ; f) ZnO 10�0% , accelerator TT 4�0% , S 4�0% F ig 3� T orque curves of PVC /WRP b lendsw ith d if feren t crosslink er am oun t Tab le 2� Influence o f cro sslinker am ount on m echanical properties of PVC /WRP blends Sam ple T ens ile s trength / MPa M odu lu s at 100% /MPa E longat ion at break /% Shore A h ardness a 8�94 7�58 140�61 87 b 12�30 9�78 165�21 92 c 13�81 10. 76 157. 47 92 d 16. 61 10. 96 190. 68 90 e 16. 19 12. 74 152. 48 93 f 16. 68 14. 42 144. 09 95 Recipes are th e sam e as in F ig 3� 2�4� 增塑剂种类及用量 使用不同量的邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲 酸二正辛酯作为增塑剂, 得到相应的转矩 -时间 曲线如图 4所示。从图 4可看出, 随 着增塑剂用 量增加,两种体系表现出同样的流变行为。当增 塑剂用量较少时,共混体系与未添加增塑剂时表 现的流变行为相同,体系的转矩很低,并且很快达 到平衡,此时停机从流变仪中得到的物料仍为粉 状。随着增塑剂用量的增大, 聚氯乙烯相的熔融 速率加快, PVC /WRP共混物的初始平衡转矩逐 步减小。当增塑剂用量在 12% ~ 18%时,共混体 系交联后会迅速降解,增塑剂用量在 24% ~ 30% 时,由于增塑剂的挥发带走了一部分因剪切产生 的热量,从而延缓了体系的降解。增塑剂用量进 一步增大,共混体系的交联速率明显下降。因此, 增塑剂的用量选择在 24% ~ 30%较为恰当。 Data in Fig are m ass fraction of plas ticizer F ig 4� T orque curves of PVC /WRP b lendsw ith d ifferen t am oun t ofDBP( a) and DNOP( b) 将邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二正辛 酯用量分别为 6% , 18% , 30% , 36%的转矩曲线 叠加绘于图 5。由图 5可见, 当增塑剂的用量较 少时,两体系的流变曲线是完全重合的, 随着增 塑剂用量的增加, 两体系流变曲线的分离程度 逐步加大。选用邻苯二甲酸二丁酯的共混体 系, 聚氯乙烯相的熔融速率要比选用邻苯二甲 酸二正辛酯的快且初始平衡转矩较小, 在降低 能耗的同时更有利于聚氯乙烯与废胶粉的融 合, 从而提高制品的性能。对比两体系试样的 力学性能 (见图 6)也证实增塑剂用量在 24% ~ 30%较为合适, 且选用邻苯二甲酸二丁酯共混 体系的力学性能相对较好。 Data in Fig are m ass fraction of plas ticizer F ig 5� T orque curves of PVC /WRP b lendsw ith d ifferent plas ticizers variety �277�� 第 4期 � � � � � � 牛晓伟等 �用转矩流变仪调节聚氯乙烯 /废胶粉热塑性弹性体的加工配方 P lasticizer: ( 1 ) DBP; ( 2 ) DNOP F ig 6� In flu ence of differen t p last icizer on m echan ical prop erties of PVC /WRP b lends 2�5� 增容剂用量 使用不同量的丁腈橡胶为增容剂, 得到相应 的转矩 - 时间曲线如图 7所示。从图 7可以看 出,与未添加增容剂的试样相比,添加增容剂的转 矩曲线在 2 m in左右出现转矩提升, 且达到的初 始平衡转矩较高。随着增容剂用量的增加, 转矩 峰和所达到的平衡转矩均逐渐提高。这是由于增 容剂的加入使废胶粉与聚氯乙烯之间的界面结合 力增强,界面强度增加,从而使得共混体系的加工 性能有所下降,体系的平衡转矩有所提升。当丁 腈橡胶用量在 7�91%以上时, 共混体系的加工性 能大幅度下降, 同时制品的拉伸强度有所下降 (见表 3)。为使所得制品的界面结合性能提高, 而加工性能又下降不太多, 丁腈橡胶的用量选择 在 4�90% ~ 7�91%较为合适。 Recipe( m ass fraction) : a) no com patib ilizer; b )NBR 4�90% ; c)NBR 6�43% ; d) NBR 7�91% ; e)NBR 9�35% ; f) NBR 10�74% ; g) NBR 12�09% F ig 7� T orque curves of PVC /WRP b lendsw ith d ifferen tm ass fraction of compat ib ilizers 3� 结 � 论 a) 应用转矩流变仪可以对 PVC /WRP热塑 Tab le 3� Influence o fm ass fra ction o f compatibilizer on m echanical properties of PVC /WRP blends Compat ib ilizer/ % Tensile strength / MPa M odu lu s at 100% /M Pa E longat ion at b reak /% 0 3. 32 4. 90 6. 43 7. 91 9. 35 10. 74 12. 09 10. 76 14. 49 15. 49 15. 04 14. 77 14. 24 13. 03 13. 59 13. 33 12. 28 11. 37 10. 14 10. 41 8. 87 8. 34 97. 22 121. 84 146. 47 150. 72 167. 74 156. 68 171. 39 177. 86 性弹性体的加工配方进行优化, 以达到降低配方 研制成本及缩短配方研制时间的目的,并且能够 较好地确定工艺参数。 � � b)加工温度为 160 � 、加工转速为 50 r/m in 时,安全加工的时间较为适中, 且能耗较低。 c) 采用促进剂 TT硫化体系, 当氧化锌用量 为 4% ~ 6%、促进剂 TT为 1�6% ~ 2�4%、硫黄为 1�6% ~ 2�4%时,材料的性能相对较好。 d) 对于 PVC /WRP热塑性弹性体共混体系, 增塑剂用量为 24% ~ 30%时比较合适; 选用邻苯 二甲酸二丁酯作为增塑剂, 提高了共混体系的流 动性, 加工能耗较低, 更有利于聚氯乙烯与废胶粉 的相容。 e) 采用丁腈橡胶作增容剂,可以提高聚氯乙 烯与废胶粉之间的界面结合能力。当其用量在 4�90% ~ 7�91%时, 共混体系的性能较佳, 但用量 过大会使共混体系的加工性能大幅度下降。 参考文献: 1� 冯予星, 刘力,田明,等.树脂 /废胶粉热塑性弹性体 [ J] .合成 橡胶工业, 2001, 24 ( 2) : 115~ 118 2� 李岩,张勇,张隐西.废橡胶 /塑料共混物研究现状 [ J] .中国塑 料, 2002, 16( 3 ): 67~ 70 3� 陶国良,郑天明,崔宏俊.胶粉 /PVC共混材料的研究 [ J] .塑料 工业, 2000, 28( 6 ): 16~ 18 4� 冯予星,田明,段先健,等. 聚氯乙烯 /废胶粉热塑性弹性体的 性能研究 [ J] .合成橡胶工业, 2002, 25( 4 ) : 235~ 238 5� 潘泳康,王庆海,唐颂超. PVC /NBR热塑性弹性体加工流变性 能研究 [ J] .弹性体, 2004, 14( 2) : 15~ 18 6� Zhu Shu ihan, Chan Ch im ing. T rans it ion of phase con tinu ity in- duced by crosslink ing and interfacial reaction du ring reactive p ro- cessing of compat ib ilized PVC /SBR b lends [ J] . Polym er, 1998, 39( 26) : 7 023~ 7 032 �278� 合 � 成 � 橡 � 胶 � 工 � 业 � � � � � � � � � � � � � � � � 第 29卷 � 7� Ism ailH, Supr,i YusofA M M. B lend ofw aste poly( vinylch loride) ( PVCw ) /acrylon itrile butad iene-rubber ( NBR ) : The effect of m aleic anhyd ride ( MAH ) [ J] . Polym er Testing, 2004, 23 ( 6 ): 675~ 683 Application of torque rheom eter in processing formula for poly( vinyl chloride) /waste rubber powder thermoplastic elastom er N iu X iaow ei 1, 2 , Y an Changhao 1, 2 , Lu Ping 1, 2 , W u Defeng 1, 2 , Chen X iaosong 3 , ZhangM ing 1, 2 (1� J iangsu K ey Laboratory of E nvironm entalM aterial and Environm ental Engineering, Yangzhou 225002, Ch ina; 2� Colleg e of Chem istry and Chem ical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002, Ch ina; 3�D epartm ent of Chem icalE ng ineering, Changzhou Institute of E ng ineering Technology, Changzhou 213164, China) Abstract: The processing formu la for po ly ( viny l ch loride) /w aste rubber pow der thermoplastic elasto- mer, such as temperature, ro tation speed, crosslink- er conten,t plastic izer variety as w ell as amount and compatib ilizer amoun t w as ad justed by torque rheo- meter� The resu lts show ed that by this w ay, the best processing parameter for practice cou ld be estab- lished� Sa fe processing t ime w as proper and the energy consumption w as low er in the cond ition o f processing temperature of 160 � , processing ro tate speed of 50 r /m in� In cure system o f acce lera tor TT, the composites presented the best performance when zinc ox idemass fraction w as 4% ~ 6%, acce-l erator TT 1�6% ~ 2�4%, sulfur 1�6% ~ 2�4% � The flu id ity of composites system w as better and the energy consumption w as low erw hen d ibu tylphthalate w as used as p lasticizer, and its proper amount w as 24% ~ 30% � Choosing n itrile rubber as compat ib il-i zer, it w as better fo r enhancing the in terfac ial adhe- sion betw een po ly( v iny l chloride) and w aste rubber pow der when the amount of nitrile rubber w as 4�90% ~ 7�91% � The processing perfo rmance o f the system decreased greatly w hen excessive n itrile rubberw as added� Keywords: po ly( v iny l ch lo ride) ; w a ste rubber pow der; thermoplast ic elastomer; torque rheometer; processing; formu la � � �国外动态� � � 轮胎增强材料的状态 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及轮胎空洞共鸣预 测技术 � 据日经 BP社 2006年 7月 4日报道,在 轮胎基础技术 �Mu ltiScale simulation�方面,日本横 滨橡胶公司开发了轮胎增强材料的状态分析技术 和轮胎空洞共鸣音预测技术。动态分析的对象为 增强材料中所含炭黑和白炭黑在车辆行驶中的状 态,可以像用显微镜观察一个点那样来解析轮胎增 强材料的状态,分析出增强材料的比例和构造对轮 胎性能产生的影响。该技术是横滨橡胶公司与日 本东北大学研究生院共同运用非线性均质化分析 方法开发出来的。由于开发出了可大幅缩短计算 时间及利用通用非线性有限元分析法软件的新技 术,从而使预测混合材料内部的状态成为可能。 空洞共鸣是指车辆在颠簸路面上行驶时或经 过路面接缝时发出的噪音。此前无法准确描述车 辆行驶中轮胎内空气状态的变化情况,而只能在 静止状态下进行计算。在行驶状态下,速度和行 驶方向的不同导致共鸣的频率各异,而新技术实 现了在这些状态下的检测。该公司表示,目前正 在研究使用了新技术的轮胎, 有可能通过轮胎本 身来实现静音效果,也有可能附加相当于日本住 友橡胶公司生产的特殊吸音绵一样的材料。 �279�� 第 4期 � � � � � � 牛晓伟等 �用转矩流变仪调节聚氯乙烯 /废胶粉热塑性弹性体的加工配方