杜仲胶力学性能的研究

杜仲胶力学性能的研究

杜仲是中国独特的森林资源，种植面积超过23万公顷。杜仲胶是从其皮、叶、种子中提取的一种高分子材料,是天然橡胶的同分异构体。由于其自身的结晶行为,过去只是作硬质材料,用途有限。自80年代初,“反式-聚异戊二烯硫化橡胶制法”的出现,使杜仲胶作为3阶段材料即热塑性、热弹性及橡胶型的应用得到了拓展。本文对杜仲胶(英文名为EucommiaUlmoideGum,以下简称EUG)与NR,以不同共混比共混得到的硫化胶的静态力学性能及动态伸张疲劳性能进行了研究,发现EUG对共混硫化胶动态伸张疲劳性能方面影响比较复杂。国内有文献报道:将合成的反式聚异戊二烯(TPI)加入到NR,能大大增加共混硫化胶的伸张疲劳寿命。而大量的配方试验证明,并非在所有交联体系中都如此。我们知道,EUG常态为硬质塑料,通过共混硫化交联可破坏其结晶状态。由于在不同的交联程度体系中,NR/EUG共混硫化胶中的EUG可出现有微晶和完全无晶的2种状态。由于这2种状态的存在,导致其在宏观性能上影响不同。测试的NR/EUG共混硫化胶的动态伸张疲劳寿命结果表明:在共混硫化肿中如有微晶存在,能较大地增加疲劳寿命;反之,在较高交联体系中,微晶消失,其疲劳寿命明显降低。国外有文献报道:从共聚物聚集状态分析,结晶及分子链的有序能阻碍体系的疲劳断裂,增加疲劳寿命;同时,结晶能阻碍共聚物链对氧的敏感性,抑制氧老化,从而也增加了疲劳寿命。这也较好地解释了这一现象。1试验部分1.1主要原材料EUG,原贵州平坝杜仲胶厂生产,相对分子质量20万左右;NR,标准橡胶1号;助剂,为工业品。1.2脂酸、氧化铝法生胶(NR/EUG配比为变量),100;硬脂酸,1.5;氧化锌,5;防老剂D,1;中超耐磨炉墨,50;促进剂TMTD、M为一变量(较高交联体系;较低交联体系);硫黄,1.5。1.3调湿机混炼胶料在X(S)K-100型开放式双辊炼胶机上混炼,辊温控制在75℃左右。共混样品在25t电热平板硫化机上硫化,硫化温度150℃,压力120MPa,硫化时间30min。1.4性能试验1.4.1a型苏尔橡塑硬度计及拉伸疲劳试验XLW-200型微控电子拉力试验机;XHS型邵尔橡塑硬度计(A型);拉伸疲劳试验机(拉伸频率240次/min);DSC-7型示差扫描量热仪(美国PE公司生产)。1.4.2平衡溶胀指数法测静态力学性能测试方法溶胀指数测定,样品用甲苯作溶剂,在(27+2)℃,恒温水浴放置,达到充分溶胀平衡,测得平衡溶胀指数;静态力学性能测试,按国家标准;伸张疲劳试验测试,样品拉伸应变100%。2结果与分析2.1e膜结构拉伸性能在本文所述的NR/EUG配方体系中,不同交联体系的力学性能变化趋势相同,这里仅以较低交联体系共混梳化胶为例,性能见图1、图2、图3。从图1中看出,随着EUG共混用量增加,共混硫化胶的拉伸强度略有降低,300%定伸应力变化不大。从图2中看出,撕裂强度及拉断伸长率均随着EUG加入量的增加,先增加后降低,在EUG加入量达30%左右时,撕裂强度及拉断伸长率达最大值。从图3中可见,随着EUG加入量的增加,拉断永久变形稍有增加,而硬度则大大增加。2.2不同混合比的硫酸橡胶动态伸展性能分析2.2.1e膜的溶胀指数通过大量配方试验表明,EUG在不同硫化交联体系中对NR/EUG共混硫化胶动态伸张疲劳性能影响大小是不同的。本文选取2种较典型的体系为例予以分析。一种为溶胀指数较高交联程度较低硫化体系(a),另一种为溶胀指数较低交联程度较高硫化体系(b)。从图4中看出,随着EUG用量的逐渐增加,2种体系的溶胀指数均稍有增加,说明在其它配方不变情况下,随着EUG的加入量增加,共混硫化胶的交联程度有所降低。下面将讨论这2种体系对共混硫化胶的动态伸张疲劳性能方面的影响。2.2.2e膜的动态疲劳特性从图5中看出,在交联程度较高的体系(b)中,随着EUG的加入,共混硫化胶的伸张疲劳寿命有所增加,但增加的量很少。而在交联程度较低的体系(a)中,随着EUG的加入,体系的伸张疲劳寿命有明显增加。为什么在较高交联程度下,EUG加入对共混硫化胶的伸张疲劳寿命的影响不大,相反在较低交联程度下,其影响变得突出?将这2种体系的样品作差示扫描量热法分析(DSC),结果见表1。从表1看出,在较高交联程度体系(b)中,EUG的加入量从10份~50份,所测的共混硫化胶的焓值均为零,即在这一交联体系中,EUG未有结晶成份存在。在较低交联程度体系(a)中,随着EUG的加入,体系的焓值从无到有,且逐渐增加,说明在这一硫化体系中,体系从无晶状态到有晶状态,且结晶度随EUG的增加而增加。这些结果分析说明,EUG对共混硫化胶的伸张疲劳寿命的影响大小在于共混硫化胶体系中是否有微晶的存在,有微晶存在的交联体系中,EUG加入量多少的影响较大;反之,其影响就很小。在图5中,较高交联程度体系(b)的疲劳寿命曲线随EUG的增加略有增加,这可解释为由于EUG能使共混硫化体系的交联程度略有降低,导致其动态疲劳寿命略有增加。而在较低交联程度体系(a)中,EUG的加入,一是降低了体系的交联程度,从而提高伸张疲劳寿命,再是由于体系的微晶存在,较大提高了共混硫化胶的伸张疲劳寿命。3共混硫化胶的力学性能(1)在本文试验范围内,不同NR/EUG共混比硫化胶的力学性能中,EUG加入对共混硫化胶的拉伸强度、300%定伸应力、拉断永久变形影响不大;对撕裂强度及拉断伸长率的影响在30%左右有一转折点;EUG对共混硫化胶的硬度影响最大。综合各因素,认为EUG在共混硫化胶中质量分数在40%以下