动态硫化反应条件下聚合物熔体粘度与本构方程的计算.pdfVIP

第 l7卷 第 3期 五邑大学学报 (自然科学版 ) V0l1．17 No．3 2003年 9月 JOURNAL OF WUYI UNIVERSITY (NaturalScienceEdition) Sep． 2003 文章编号 ：1006．7302 (2003)03．0049．05 动态硫化反应条件下 聚合物熔体粘度与本构方程的计算 杜遥 雪 (五 邑大学 机电工程系 ，广东 江门 529020) 摘要 ：阐述 了动态硫化热塑性弹性体的特点以及硫化反应体 系化学流变学的复杂性， 介绍 了硫化反应动力学模型的各种形式，通过考虑剪切速率和交联程度对粘度的影响， 在第一修正 Tanner本构方程 的基础上 ，推导 出适于硫化反应聚合物熔体 的粘度计算式 和本构 方程 ． 关键词 ：动态硫化 ；热塑性弹性体 ；硫化反应动力学；本构方程 中图分类号 ：TQ330．4+4；TQ334．9 文献标识码 ：A 1 动态硫化热塑性弹性体 的特点 热塑性弹性体 (TPE)是 20世纪 50年代发展起来 的新型聚合物材料 ，在常温下具有橡胶 的弹性 ，在高温下可 以像热塑性塑料一样采用挤 出、注射、吹塑、压延、发泡成型等方法加工， 目前 国内外广泛应用 的热塑性弹性体主要是 由三元 乙丙橡胶 (EPDM )与聚丙烯 (PP)动态硫 化制备的EPDM／PP热塑性弹性体 ．TPE具有橡胶和塑料的特性 ，既可代替一般硫化橡胶 ，又可 代替某些树脂 ，不仅提高了材料的使用性能 ，且易于回收利用而节约资源和保护环境 ，故应用 范围非常广泛 ，例如：汽车工业 的保险杠 、密封条、传动轴、仪表盘 ，通讯领域 的传输 电线 电 缆 、耐高温 电缆护套 ，机械行业 的减震件 、管件 、同步齿形带等． 采用动态硫化制备的 EPDM／PP等热塑性弹性体 ，由于橡胶被充分交联 ，橡塑 比可在较大 的范 围内变化 ，具有优异 的耐热性 、耐变形性 、流动性 、耐候性 以及 良好 的电性能、抗冲击性 能、耐油和溶剂性能．与简单共混 EPDM／PP相 比，动态硫化 EPDM／PP 的优点是模量较低 的 EPDM 柔性长链经交联后强化 了对 PP的增韧效果 ，克服 了简单共混 EPDM，PP体系 中柔性长链 因相互缠结而导致熔体粘度大 、加工流动性差 的缺点 ，此外交联后又被扯断细化 的EPDM 颗粒 易于均匀分布在 PP基体 中，使材料各处性能均一． 制备 TPE的动态硫化技术 ，要求在少组分的热塑性塑料基体中加入多组分的橡胶弹性体， 使之与硫化剂一起混炼就地产生硫化反应 ，并在高速混合与高剪切力的作用下 ，弹性体被破碎 成大量的微米级颗粒 ，分散在少组分的热塑性塑料基体 中，完成相态反转 ．按照常规 的混合理 论 ，含量多的组分容易呈连续相 ，而 TPE的这种相态反转 ，涉及共混物相界面作用 的热力学 、 动态硫化反应 、橡胶剪切分离等一系列复杂的技术与设备问题 ，因此制备工艺和加工设备是决 收稿 日期 ：2003-02-l7 作者简介 ：杜遥雪 (1962．)，男，山东莱州人 ，副教授，硕士 ，从事材料加工工程 、机械设计及其理论研究． 五邑大学学报 (自然科学版 ) 2003年 定 EPDM／PP等热塑性弹性体性能的两个重要方面． 动态硫化热塑性弹性体的流变性能和动力学性能取决于加工条件及历程．硫化反应对粘度 的影 响表现为两个方面 ：开始时 由于粘性热和硫化热效应而粘度减小 ，以后又 由于硫化反应形 成交联 网络而增加 ．因此共混体 系的粘度不仅是温度和剪切速率 的函数 ，而 日．与加工过程 中发 生 的硫化反应密切相关 ．由于硫化反应影 响热塑性弹性体 的结构与性能 ，因此需要 处理好 常物 性与变物性的关系，解决好多相多组分共混体系在温度场和反应场作用下的化学流变学问题III， 特别是动态硫化反应条件下粘度 的表征和本构方程 的建立． 2 硫化反应动力学模型的形式 热塑性弹性体在动态硫化过程 中物料 的性质不断变化