所属栏目：冶金论文发表 发布时间：2020-11-28浏览量:287
本文以废胶粉(WRP)和低密度聚乙烯(LEPE)为主要原料，采用动态硫化方法制备复合材料，研究了KH-550、KH-570、Si-69三种硅烷偶联剂用量对废胶粉/LDPE复合材料力学性能的影响。结果表明，KH-550、KH-570、Si-69三种硅烷偶联剂单独使用时，其最佳质量分数分别为：2.5%、1.5%、1.5%；在所研究的三种硅烷偶联剂中，以KH-550改性废胶粉所制得的废胶粉//LDPE复合材料的力学性能最好。
[关键词]废胶粉；低密度聚乙烯；偶联剂；热塑性弹性体；力学性能
随着资源的不断减少，污染的日益严重，废旧橡胶的回收利用越来越受到各国的重视。废旧橡胶在国内主要用于制造再生胶、胶粉和轮胎翻新[1]。其中胶粉可用于橡胶制品、塑料和沥青改性以及复合材料、建筑材料等方面。胶粉与热塑性树脂共混不仅可以制得耐冲击的复合材料，而且可以制成热塑性弹性体以循环利用[2-6]。低密度聚乙烯(LDPE)具有良好的柔软性、延展性、电绝缘性和透明性，但其机械强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差，使其应用受到一定的限制[7]。关于废胶粉与LDPE的共混，前人已有一定的研究。刘丹等[7]采用全轮胎WRP与LDPE为主要原料，通过动态硫化的方法制备橡塑复合材料，研究增容剂和交联体系对WRP/LDPE橡塑复合材料物理性能的影响。结果表明，乙烯-乙酸乙烯酯对WRP/LDPE复合材料的增容效果较好；交联体系采用过氧化二异丙苯且用量为1份时WRP/LDPE复合材料物理性能较好。本文采用偶联剂KH-550、KH-570以及Si-69作为废胶粉的改性剂，探讨了改性废胶粉/LDPE复合材料的力学性能，以期制得力学性能较好的废胶粉/LDPE复合材料，这对于废旧橡胶制品的回收利用，减少环境污染有着较大的意义。
1实验部分
1.1仪器设备
JTC-752型开放式炼胶机，广东省湛江机械厂；SK-160型开放式炼塑机，无锡市第一橡塑机械设备厂；XLB-D350型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂；XL-50A型拉力试验机，广州试验仪器厂；LX-A型邵尔A硬度计，江都市明珠试验机械厂；XUT型厚度计，营口市材料试验机有限公司；CPJ-25型冲片机，承德试验机有限责任公司。
1.2原材料
低密度聚乙烯(LDPE)，广东茂名石化乙烯工业公司产品；KH-550，辽宁省盖州市化工厂产品；KH-570，广州亚创化工有限公司产品；Si-69，广州亚创化工有限公司产品；乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，VA含量为5%，日本产品；全轮胎废胶粉(WRP)，80目，广州市花都区河宏橡胶材料厂产品；其他配合剂为橡胶工业常用配合剂。
1.3基本配方(质量份)
80目全轮胎废胶粉(WRP)65；低密度聚乙烯(LDPE)35；硬脂酸1.5；氧化锌(ZnO)5；硫黄2；邻苯二甲酸二辛酯(DOP)2；防D1；硬脂酸锌7；EVA7；KH-550、KH-570、Si-69变量。
1.4试样制备
1.4.1胶粉母炼胶的制备将开炼机辊距调至最小，在WRP中加入硅烷偶联剂，混炼5min；按顺序再加入硬脂酸、ZnO、DOP，混炼均匀后最后加入硫黄，薄通10min后下片，制成胶粉母炼胶。1.4.2WRP/LDPE复合材料的制备将LDPE在温度为150℃的炼胶机上熔融8min，然后加入防D、硬脂酸锌、EVA，最后加入胶粉母炼胶，混炼8min，再动态硫化6min后下片。在平板硫化机中先预热10min，热压2min，然后冷压至室温，脱模，裁片。1.4.3性能测试拉伸性能按照GB/T528-92，在XL-50A拉力试验机上进行测试，拉伸速度为500mm/min；邵尔A硬度按照GB/T531-92，采用手持硬度计的方法测定；撕裂强度按照GB/T529-91，在XL-50A拉力实验机上进行，拉伸速度为500mm/min。
2结果与讨论
2.1KH-550用量对废胶粉/LDPE热塑性弹性体的力学性能的影响
KH-550用量对废胶粉/LDPE复合材料的力学性能的影响如图1所示。由表1可知，随着KH-550的用量的增加，复合材料的100%定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率，扯断永久变形、撕裂强度先增大后稍有降低，邵尔A硬度先增大，后趋于平稳。当KH-550的质量分数为2.5%时，复合材料的综合力学性能较好。由于废胶粉和LDPE的交联程度和KH-550的用量成正比，随着交联度的增加，硬度的不断增大，其力学性能也随着提高，但是KH-550的用量达到一定时，复合材料的力学性能也逐步降低趋于稳定值[8]。偶联剂的加入之所以显著提高性能与它的结构有关。偶联剂KH-550在结构上的最大特点是分子中通常包含有性质不同的两个基团，一个是亲无机物基团，它易与无机材料(如金属材料或填料)起化学反应；另一个是亲有机物基团，它能与有机合成材料(如基料)起反应。何益艳等[9]认为，偶联剂在体系中起着偶联和填充作用，当偶联剂用量较少时，橡胶大分子受束缚小，易滑动取向，应力分布均匀，因而拉伸强度较高；随着偶联剂用量的增加，偶联剂分子数增加，橡胶大分子受束缚大，不易滑动，应力分布不均匀，因而拉伸强度减小；偶联剂用量继续增加，过量的偶联剂填充于体系中，使大分子链易滑动取向，应力分布均匀，拉伸强度反而增大。
2.2KH-570用量对废胶粉/LDPE复合材料力学性能的影响
KH-570用量对废胶粉/LDPE热塑性弹性体的力学性能的影响如表2所示。由表2可知，随着KH-570用量的增加，复合材料的力学性能均呈现先升高后稍有降低的趋势。当其质量分数为1.5%时，改性废胶粉/LDPE复合材料的力学性能较好。由此可知，将适量的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)加入废胶粉中，可提高废胶粉对LDPE的反应效果，这是因为KH-570分子中的可水解基团水解后部分羟基可与吸附在废胶粉表面的羟基或氢氧化物反应，脱去一分子水，形成稳定的化学键，余下的羟基可进行分子间的脱水反应，在废胶粉表面形成聚硅氧烷膜；其不饱和基团可参与有机聚合物的反应，形成互穿网络，从而提高了废胶粉与LDPE的粘接强度[10]。2.3Si-69用量对废胶粉/LDPE热塑性弹性体的力学性能的影响Si-69用量对废胶粉/LDPE复合材料力学性能的影响表3所示。由表3可以看出，随着Si-69用量的增大，复合材料的拉伸强度、拉断伸长率、拉断永久变形、撕裂强度、邵尔A硬度所呈现的变化趋势与前两种改性剂的影响相近，即先增大后稍有降低。当Si-69质量分数为1.5%时，复合材料的综合力学性能较好。贾红兵等[11]研究了双(γ-三乙氧硅丙基)四硫化物(Si-69)对炭黑补强硫化胶性能的影响。发现随着Si-69用量的增加，胶料硫化时间延长，硫化速度减小。胶料的性能也明显降低，这说明Si-69抑制了硫化反应。
3结论
(1)硅烷偶联剂KH-550、KH-570、Si-69单独用作废胶粉改性剂时，随着用量的增加，复合材料的拉伸强度、扯断伸长率等性能先增加后降低，三者各自最佳的质量分数分别为2.5%、1.5%和1.5%。(2)在所研究的三种硅烷偶联剂中，以KH-550改性废胶粉所制得的热塑性弹性体的力学性能最好。
参考文献
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[11]贾红兵，周宏斌，董方清，等．偶联剂Si-69对炭黑补强NR硫化胶性能的影响．橡胶工业，1998，45(9)：532．
作者：谷宇川 崔海鹏 户本相 廖小雪 赵艳芳 王威 王林