基于微纳层叠技术的硅橡胶/聚氨酯热塑性硫化橡胶的制备与研究

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硅橡胶(MVQ)/聚氨酯(TPU)热塑性硫化橡胶(TPV)具有优异的机械性能、耐油性能、耐热性能和良好的生物相容性,能够应用于智能穿戴、医疗器械、电子产品保护套、薄膜等产品。在实际的加工制备中,制备方法、硫化剂的种类和用量、硫化工艺、橡塑比以及两相的相容性均会对TPV的结构和性能产生影响,从微观结构来看,如何使得橡胶相更加均匀地分散在塑料基体中对于开发出高性能的TPV材料至关重要。本文将微纳层叠挤出设备应用于MVQ/TPU TPV的制备,利用微纳层叠挤出设备良好的分布分散混合作用,制备了MVQ/TPU热塑性硫化橡胶,对比分析了普通共混和微纳层叠两种制备方法,探究了不同硫化剂对MVQ/TPU的硫化效果,研究了无味DCP硫化剂用量、动态硫化温度、双螺杆转速对TPV性能的影响;在此基础上,探究了橡塑比对TPV结构和性能的影响;最后选择硅烷改性聚氨酯(TPSi U)和乙烯丙烯酸甲酯共聚物(EMA)分别对MVQ/TPU进行了增容,探究了相容剂种类和用量对TPV结构和性能的影响。得到的结论如下:首先研究了制备方法、硫化剂及其用量、硫化工艺对TPV性能的影响,结果表明:与普通共混制备方法相比,微纳层叠制备方法制备的TPV的断面空洞更少,共混两相界面更模糊,力学性能更加优异;粉状无味DCP硫化剂能够与微纳层叠预混料混合更加均匀,对MVQ/TPU硫化效果更明显,更适合于企业实际加工;当无味DCP用量为1.5份时,TPV力学性能最优;当动态硫化温度为190℃、双螺杆转速为200r/min时,TPV具有最佳的力学性能。其次,橡塑比对MVQ/TPU TPV结构和性能的影响的探究实验表明:随着硅橡胶含量的增加,TPV的断面逐渐变得粗糙,空洞数量增加,两相界面越来越清晰,相分离现象变得明显,拉伸强度、断裂伸长率、压缩永久变形、硬度均呈现下降的趋势,熔体流动速率降低,结晶能力下降,耐油性能变差,但耐热性能提高,耐老化性能增强。最后,探究了TPSi U和EMA两种相容剂的用量对TPV性能的影响,结果表明:两种相容剂均不会影响MVQ/TPU的正常硫化,且二者均能起到增容作用。当TPSi U用量为5%时,TPV压缩永久变形最小,为34.6%,TPSi U用量为10%时,TPV的试样断面最光滑,橡胶颗粒尺寸最小,分散均匀性最好,耐油性能最好,拉伸强度、断裂伸长率分别为7.83MPa、739.1%,力学性能最佳;EMA的加入能够减小橡胶颗粒尺寸,改善其分散均匀性,EMA用量为5%时,TPV耐油性能最佳,拉伸强度最大,压缩永久变形最小,分别为7.49MPa、38.8%,EMA用量为10%时,TPV断裂伸长率最大,为795.3%。综合来看,使用TPSi U作为相容剂时,最佳用量为10%,使用EMA作为相容剂时,最佳用量为5%。
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