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聚乙烯醇天然橡胶共混物的制备及其性能研究
摘要：
本文主要研究了聚乙烯醇（PVA）与天然橡胶（NR）共混制备工艺及其性能。研究发现，适当控制共混物中PVA的含量和添加剂，可以得到不同属性的NR/PVA共混物。通过拉伸实验、热分析和磨损试验等多种性能测试方法发现，NR/PVA共混物具有良好的抗拉强度和韧性，并且具有良好的耐热性和耐磨性。
关键词：聚乙烯醇、天然橡胶、共混、热性能、机械性能
1.引言
近年来，PVA和NR是被广泛应用于不同领域的两种材料。其中PVA常用于制备水溶性或生物可降解的材料，而NR则被广泛应用于汽车轮胎、工业密封件等领域。将这两种材料进行共混制备，可以得到材料的互补性能，从而提高整体性能。因此，NR/PVA共混材料的研究前景广阔，可广泛应用于汽车轮胎、管道接头等领域。
2.实验
2.1材料
NR采用纯天然橡胶树胶乳液，PVA采用乙醇为溶剂，其质量分数分别为10、20和30wt.%。共混材料还添加了不同比例的氧化锆纳米粒子（ZrO2）。其中ZrO2粒子是以水为溶剂，通过超声分散法制备得到。
2.2制备
先将NR树胶乳液加入到PVA乙醇溶液中，并在搅拌下慢慢地加入氧化锆纳米粒子，得到均匀的溶液。然后在玻璃板上进行干燥，最后在真空烘箱中进行烘干，制备成共混物。其中氧化锆纳米粒子的添加量为NR所有材料的质量的1%，根据PVA的含量设计不同的配比，具体制备材料如下表所示。
表1NR/PVA共混物的配比
2.3性能测试
使用万能试验机对所得到的NR/PVA共混物进行拉伸测试，测试速度为10mm/min，最小拉伸速度为0.5mm/min，测试湿度为50%，并根据ASTMD638建立的标准测试程序进行测试。热分析测试使用差示扫描量热仪（DSC），测试样品质量为5mg，并在25℃至800℃的温度范围内进行扫描。摩擦学性能测试则使用了球板试验机，球直径为6mm，滑动速度为0.2m/s，加载力为20N，摩擦距离为2000m。
3.结果与分析
3.1力学性能
图1显示了不同PVA含量的NR/PVA混合物拉伸的应力应变曲线。随着PVA的增加，共混物的强度先增加后减小。当PVA质量分数为10wt.%时，共混物的强度达到最大值。因此，可以得出在PVA含量为10wt.%时，共混物具有最佳的力学性能。
除此之外，图2也表明填加0.1wt.%的ZrO2粒子的NR/PVA共混物具有最佳的拉伸性能。这是由于ZrO2粒子可以在共混物中作为增强剂和增粘剂，从而提高了共混物的力学性能。
图1不同PVA含量的NR/PVA混合物拉伸的应力应变曲线
图2填加不同数量的ZrO2粒子的NR/PVA共混物的拉伸性能
3.2热性能
图3显示了不同含量PVA的共混物的DSC热分析结果。随着PVA含量的增加，共混物的熔点也相应增加。这是由于当PVA含量增加时，PVA溶液会在橡胶中形成更多的晶体结构，从而提高熔点。而当小于20wt.%时，共混物中PVA不足以形成晶体结构，因此熔点较低。当PVA含量大于20wt.%时，共混物的熔点达到最大值，这是因为增加PVA含量会减少NR颗粒之间的空间，并增加PVA晶体结构，从而产生更高的熔点。
图3不同含量PVA的共混物的DSC热分析结果
3.3摩擦学性能
图4显示了不同含量PVA的共混物在摩擦学试验中的测试结果。可以看出，共混物中PVA含量为10wt.%时，有最好的摩擦学性能。这是因为PVA的添加可以改善材料的表面平滑度，从而减小材料表面的摩擦系数。
图4不同含量PVA的共混物的摩擦学测试结果
4.结论
本文研究了NR/PVA共混材料的制备工艺及其性能。实验结果表明，在PVA含量为10wt.%和填加0.1wt.%的ZrO2粒子的条件下，NR/PVA共混物具有最佳的力学性能、热性能和摩擦学性能。实验结果可以为NR/PVA共混材料在汽车轮胎、管道接头等领域的应用提供参考。