顺丁橡胶聚乙烯共混物的结晶、形态结构和力学性能研究.doc

顺丁橡胶/聚乙烯共混物的结晶、形态结构和力学性能研究利用现有的聚合物进行共混,是简单和低成本发展新材料的有效方式,通过选择合适的聚合物品种共混来获得需要的材料也是目前材料研发的大方向之一。当然材料的性能还取决于其不同层次的结构,包括组分的本征结构、体系的相结构和取向结构等。当共混物中存在可结晶组份时,结晶组分的本征结构成为影响材料性能的一个非常重要因素。本论文基于橡胶在弹性、减震性上具有的优势和塑料在模量、强度以及刚性上的优势,围绕顺丁橡胶(BR)/聚乙烯(PE)熔融共混体系展开研究工作,重点考察了共混体系的相容性、相结构、共混对聚乙烯及顺丁橡胶结晶行为的影响、以及共混对顺丁橡胶的增强作用,通过结构优化实现了硫化顺丁橡胶拉伸强度、模量、撕裂强度及韧性的同步显著提高。具体研究内容及结果如下：1.BR/PE共混体系的相容性与相结构相容性是决定共混物相态结构和相界面相互作用的重要因素,通过共混转矩及BR、PE玻璃化转变温度的测试表明,BR/PE共混体系属于不相容体系,共混后产生微相分离结构,相结构依赖于聚乙烯含量、制样条件等因素。PE含量很少时,PE以圆形微区孤立分散于BR连续相中,随PE含量增加,相区发生融合变大现象,孤立的PE相区之间存在PE连接条带,形成网络结构。2.BR/PE共混物的结晶行为对PE结晶行为的研究发现,BR对PE的结晶没有影响,PE的结晶主要受其相区尺寸的影响,在PE含量较低时(如10wt%),其微区尺寸非常小,导致PE受限结晶,结晶发生在较低温度。随PE含量的增加,大、小尺寸的PE相区共存,造成分步结晶,其中大相区中的PE在高温区结晶,而受限区中的PE在低温结晶。当PE含量超过70wt%后,PE的结晶与其本体结晶基本一致。对BR结晶的研究发现,PE晶体不仅对BR没有诱导结晶作用,而且阻碍了BR的结晶,主要体现在结晶速率与结晶度随PE含量的增加而降低,原因是PE微区阻碍了BR长链的运动,减慢了BR链段向结晶前沿的扩散,使结晶速率下降。另外,随PE微区的增加,越来越多的BR链段由于PE的限制无法排入晶格,从而使其结晶度下降。3.BR/PE共混物中PE的结晶与形态结构X-ray衍射对共混物中PE的结晶结构表征显示,不同温度结晶的PE均形成PE的正交晶体,晶型不发生变化。SEM和AFM共混物中PE的相结构与形态结构研究表明,PE的相区尺寸随其含量的增加而增加,相区间连接的PE条带则随其含量增加而加宽。在PE相区中,PE通常形成无规排列的片晶或片晶聚集体,连接条带则由PE微纤及其诱导产生的折叠链片晶组成,形成一种类似于串晶的结构。进一步实验证明,PE的相结构与形态结构与制样条件(如样品压制温度、热处理温度等)密切相关,低温保压冷却的样品中主要是取向的PE条带结构,由取向排列的折叠链片晶或片晶聚集体构成。4.硫化的BR/PE共混物的力学性能共混材料的性能和其微观结构密切相关,力学测试显示PE对顺丁橡胶具有优良的增强、增韧效果,使其拉伸强度、撕裂强度、100%伸长模量和断裂伸长率同步随PE含量的增加而提高,当PE含量为40wt%时,拉伸强度、撕裂强度、100%伸长模量和断裂伸长率分别是纯BR硫化橡胶的14.6倍、8.7倍、6.9倍和4倍,且其应力应变曲线出现明显的应变硬化现象。通过对拉伸样品的结构分析表明PE含量低时,PE微区及连接微区的条带形成的网络结构是提高了BR力学性能的原因,当PE含量为40wt%时,共混物中大量的取向的PE条带结构在应变过程中的滑移是增强、增韧BR的原因。