动态硫化EPDMPP+TPV生产工艺的研究.pdf

《动态硫化EPDMPP+TPV生产工艺的研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动态硫化EPDMPP+TPV生产工艺的研究.pdf（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、加工 应用弹性体，!#$!$!#，%#（%）：&!&()*+,-./-0 1 23.4+)0收稿日期：!5$($作者简介：郝同辉（%(6(7），男，河南新乡人，鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司技术部部长，学士，主要从事热塑性弹性体的开发和生产工作，.78 9:;：%&?=8。!基金项目：国家A&计划（A&7 6%#7%!7%）；鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司产业化项目。动态硫化!#$%&生产工艺的研究!郝同辉%，邱丽%，蒋涛!（%?鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司，湖北 鄂州5&6；!?湖北大学 化学与材料科学学院，湖北 武汉5&!）摘要：研究了动态硫化三元乙丙橡胶（.B C 3）聚丙烯（B B）热塑性

2、硫化橡胶（1 B D）在工业化生产时，同向双螺杆挤出机工艺控制参数对产品的力学性能的影响。使用均匀设计安排次实验完成了主机转速（!%）、喂料速度（!）和机身温度（!&）&个因素的种不同水平的研究。若采用正交设计需要&次试验，而全面实验需要（&）!%次实验。研究结果表明，1 B D的力学性能（，拉伸强度或断裂伸长率）与&个工艺参数的关系方程为：EFGF%H!%GF!H I J K（!）GF&H!&!，（F#为常数）。通过对关系方程分析并结合生产实际确定最佳工艺为主机转速A L8:M、喂料速度%A L8:M、机身温度%6 N。采用此工艺生产的邵尔硬度C#型1 B D，力学性能为：拉伸强度!6?5!

3、&?!3 B 9、断裂伸长率 A!O!(%5 O，达到国外同类产品水平。关键词：.B C 3B B；动态硫化；生产工艺中图分类号：1 P&?5文献标识码：-文章编号：%#$&%6 5（!#）%$&$5Q I R R;I L%于!世纪 年代提出动态硫化技术制备热塑性弹性体，即在橡胶和塑料熔融共混过程中使橡胶硫化。随后S:R =公司首先采用动态硫化技术实现了橡胶相全部硫化的三元乙丙橡胶 聚丙烯热塑性硫化橡胶的工业化生产，商品名为0 9 M =K L I M I。1 B D材料在微观上呈现独特的海$岛结构，使其同时具有塑料和热固性橡胶的优点：以连续相存在的塑料使材料具有优异的加工性能，而分散相的硫化

4、橡胶微粒使材料具有橡胶特有的高弹性。动态硫化1 B D在制造和应用时工艺流程简易，可降低能源消耗并缩短加工周期。其制品已广泛应用于各式密封材料、软管、汽车配件、电线电缆，土木建筑及家电等领域6。根据美国咨询公司S L I I T=M:9预测，1 B D的年需求量增长率将在%O以上，到!%年其占北美汽车密封产品市场的份额将超过5 O，是!年的#O的A倍，届时消费量可达到!5万以上。国内近年来对动态硫化.B C3B B1 B D的研究较多A!%5，但其都为实验室研究，在生产工艺方面的研究未见报道。鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司于!年建成%9动态硫化.B C3B B1 B D生产线，产品名为亿马（.3

5、.4）。笔者以获得力学性能最佳的邵尔硬度为#C型1 B D的生产工艺为目的，研究了同向双螺杆挤出机的主机转速、喂料速度和机身温度等工艺控制参数对产品力学性能（%拉伸强度或!断裂伸长率）的影响。使用均匀设计只需安排次实验既完成了主机转速（!%）、喂料速度（!）和机身温度（!&）&个因素的种不同水平的研究，若采用正交设计则需要&次试验，若全面实验则需要（&）!%次实验。均匀设计的应用可节约大量成本和时间，使以前由于成本太高不能对工业化生产进行的研究得以进行。采用均匀设计还可发现力学性能和工艺控制参数间的关系方程，对产品性能的预测和实时工艺自动化控制都能起到指导作用。因此在这方面的研究必将推动动态硫

6、化1 B D工业化生产的蓬勃发展。万方数据!实验部分!主要原料!#$：碘值%&，门尼粘度$%()%*+,(，美国#-./0#.1弹性体公司产品；：2+(%，甘肃兰港石化有限公司；硫化助剂和以上原料均为市售。!#主要设备仪器平板硫化机：3 4 5#6 7(8 896 7(8 89&8 8，上海第一橡胶机械厂；热炼机：:;，湛江机械厂；拉力试验机：?3 4 5 7(4，江都真威试验机械厂；制样机：5&7，江都真威试验机械厂；邵尔硬度计：:A#型，营口材料试验机械厂；同向双螺杆挤出机组：#B,&8 8，北京丰阳。!$实验安排和生产工艺使用同向双螺杆挤出机组生产线进行实验，每次实验产品量为&(C D（

7、实验数量过小则工艺参数不稳定，过大则成本过高而且造成浪费）。根据设备能力和生产积累经验确定各因素的基准值和间隔，具体因素和水平见表%。表!均匀实验因素和水平表!）水平E因素F主机转速（）喂料转速（4）机身温度（）%G&(G&G&(&G%(G%G%(6(+%(%(7&(&(=6(66(%）表中水平数值为无量纲数值。表中各因素水平(为基准值，根据水平间隔确定其他水平。例如：温度基准为%,()，水平间隔为%()，则水平%(为%H()，水平G&(为%7()。主机转速基准为=(I8 J/，间隔为%(I8 J/，喂料转速基准为%&(I8 J/，间隔为&(I8 J/。根据因素和水平表，采用K!=（6）均匀表

8、安排实验，实验安排见表&。表#均匀实验安排和性能测试结果表!）（偏差%&#(）水平E因素F主机转速4喂料转速机身温度机头压力$L硬度（邵尔#）拉伸强度$L断裂伸长率M%G&(G%(+7&%N 7+=%&G%(%6(+N 77(&,N,&(6(6G%(=N=7(6%N HH%7+%(G&(6 N=7(&=N 6=,H7&(G&(+N+O&H N(,(=6(&%(7+O&H N H,H(%）说明见表%。动态硫化!#$P Q的工艺流程简图见图%。!#$高混（%）进料口（%）同向双螺杆挤出机切粒#和助剂高混（&）进料口（&）产品图!动态硫化)*+,*-*.工艺流程简图!/试样的制备及性能测试首先将粒料

9、产品在开炼机上于%H()熔融后混炼%8 J/出片。然后在平板硫化机上于%H()预热%(8 J/，保压78 J/，然后冷却至%()以下出板，再裁成标准拉伸样条。按R 4P7&H 5 O H测试拉伸强度和断裂伸长率；按R 4P7 6%5 O O测试邵尔#型硬度。#结果与讨论#!工艺参数对拉伸强度影响的分析通过对表&中工艺参数和拉伸强度进行回归分析，得到拉伸强度关系方程，见式（%）。拉伸强度关系方程方差分析表见表6。!%&$%O#(%$&6%6#O&$&%(S T U（&）%7#(,$&6(6&（%）表$拉伸强度关系方程方差分析表!）方差来源平方和自由度均方和显著性回归7#,%$%6%#O($

10、%置信限!(#(7剩余,#(6$&%&6#7&$&%)检验值)*7+#%&%总计7#,H$%7)检验临界值)（6，&）%O#%=+%）复相关系数+(#O O 6 O，剩余标准差,7#O 6$&%。通过拉伸强度关系方程求出的拉伸强度最高值为6 H N+$L；对应的工艺条件为：主机转速：+(I8 J/；喂料速度：%H(I8 J/；机身温度：%,()。#工艺参数对断裂伸长率影响的分析通过对表&中工艺参数和断裂伸长率进行回归分析，得到断裂伸长率关系方程，见式（&）。断裂伸长率关系方程方差分析表见表+。!&,#6 O$%&6#O 6$&%(%+#,H$%(S T U（-&）&H#H&$&%(6&（&）表

11、/断裂伸长率关系方程方差分析表!）方差来源平方和自由度均方和显著性回归,#(=$%+6 7$%+置信限!(#%7剩余=#=,$%6&6#6 6$%6)检验值)*,#(=(7总计,#,6$%+7)检验临界值)（6，&）7#H&7 H%）复相关系数+(#O 7 7 O，剩余标准差,7#,$%。通过断裂伸长率关系方程求出的断裂伸长率,6第%期郝同辉，等N动态硫化!#$P Q生产工艺的研究万方数据的最高值为!#$；对应的工艺条件（水平数值）：主机转速为%&$；喂料速度为；机身温度为$。!#工艺参数对力学性能影响关系方程的讨论使用 同 向 双 螺 杆 挤 出 机 生 产 动 态 硫 化()*+),

12、)-，当螺杆组合和配方确定时，主机转速、喂料速度和机身温度等工艺控制参数影响动态反应的剪切作用和反应速度，三者共同作用使()*+和)混合物从双相连续相态结构变为()*+硫化微粒均匀分散在)连续相中的海.岛相态结构，而此相态结构决定了产品的性能。目前还没有通过相关理论推导出它们之间的关系方程，笔者的研究是直接将实验测得的力学性能结果（!，!&）和对应的工艺条件（!，&，）进行线性回归分析，获得关系方程。然后用相关理论分析关系方程，并通过关系方程寻找最佳工艺条件和预测性能。由式（!）和式（&）得到的关系方程可表示为式（）。!#/$0/!$!%/&12 3 4（&）%/$&，（/&为常数）（）从式（

13、）可见：喂料速度（&）是影响拉伸强度和断裂伸长率的最重要的因素，关系为/&$(，且/&!$，既喂料速度越高性能越好。这种关系的原因可能为同向双螺杆挤出机在正常工作状态时处于饥饿喂料状态。当主机转速不变时，由于剪切段末端为反螺纹元件，物料通过剪切段靠的是剪切段前端的泵压元件提供的压力。物料在挤出机中的流动是始终保持平衡的，当提高喂料量时，既单位时间通过剪切段和反螺纹元件的物料流量加大，这只能靠提高泵压压力才能实现。这将使整个剪切段熔体压力增大，熔体密度增大，物料受到的剪切作用增强，造成,)-中硫化橡胶微粒的粒径变小，进而使产品力学性能提高。在实际生产中应根据设备能力采用尽可能高的喂料速度，既能提

14、高产品性能又能提高生产效率，可谓一举两得。机身温度（）对拉伸强度和断裂伸长率的影响次之，关系为/$&关系，表明存在最佳的温度能使强度和伸长率最好。这种关系的原因可能为：温度过低或过高时使反应速度过慢或过快。反应速度过慢则不能将橡胶微粒交联固定形态，而使橡胶微粒能够重新聚集成大的橡胶颗粒；反应速度过快则条带状的橡胶还未被剪切分散为橡胶微粒就已经发生交联，则其只能被破碎为较大的橡胶颗粒，而不能形成小的橡胶微粒。大橡胶颗粒的存在使产品的力学性能变差。甚至温度过低使反应不能进行，而温度过高又会引起产品的降解。而式（）中常数/对拉伸强度和断裂伸长率的影响分别为正值和负值，笔者认为/为负值是合理的，这样存

15、在最佳温度使关系方程有最大值。在实际生产中，笔者选用了断裂伸长率方程的最大值条件，既基准温度!$5。主机转速（!）对拉伸强度和断裂伸长率的影响较小，其关系为/!$关系。这种关系的可能原因为：随着主机转速的提高，剪切力增大的同时停留时间减小，而对物料的剪切作用是与剪切力和停留时间的乘积成正比的，综合作用使主机转速对产品性能的影响较小。至于拉伸强度和断裂伸长率关系方程中/!一正一负，可能由于实验数量较少或对数据的预处理不当造成的，其具体原因需要进一步研究。在实际生产中，笔者在设备长时间稳定工作的范围内选择了能保证高喂料速度的主机速度#$67 8 9。表&中还有硬度和机头压力数值。比较各次实验的硬度

16、值，可见工艺控制参数对硬度的影响很小。而将机头压力这种在线实时监测工艺参数列出的目的在于：若能发现在线实时检测的参数和工艺控制参数（&）与产品性能（!&）之间的关系方程，则动态硫化()*+),)-工业化生产可通过检测参数的变化自动调整工艺控制参数而调整产品性能，实现在线自动化闭环控制生产。!$实际生产情况鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司实际生产采用工艺主机转速#$67 8 9，喂料速度!#$67 8 9，机身温度!$5。到目前为止共生产了批，批次数量分别为&!:;不等。工业化产品力学性能检测结果范围、通过方程得到的计算值以及国外同类产品的性能指标列于表:。表%工业化产品性能测试值、计算值和国外同类

17、产品指标对比表性能指标产品检测值计算值检测值 计算值 4 6 2 9 2&$!:$拉伸强度+)=&?!$?&?#A!B&A&断裂伸长率 AC#&!B!C&$&!:CC$实际工业化生产产品检测结果都小于计算值，可能原因是批量生产时各生产班组间技术水#弹性体第!:卷万方数据平差异以及生产过程中停机换刀等造成的工艺波动造成产品性能波动；也可能是回归方程中各项系数不精确造成计算值本身偏差过大（特别是对断裂伸长率的计算）。但产品的力学性能都达到国外同类产品指标，完全可以取代国外同类产品。当然，随着生产数据记录的增加，可以对关系方程进行持续的优化改进，使其更符合实际生产情况。!结论研究了动态硫化!#$%&

18、工业化生产时同向双螺杆挤出机工艺控制参数对产品的力学性能的影响。使用均匀设计安排次实验完成了主机转速（!(）、喂料速度（!)）和机身温度（!*）*个因素的种不同水平的研究，若采用正交设计则需要*次试验，若全面实验则需要（*）)(次实验。研究结果表明#$的力学性能（%，拉伸强度或断裂伸长率）与*个工艺参数的关系方程为：%&+,-+(!(+)./0 1（!)）(+*!*)，（+)为常数）。对关系方程进行分析并结合实际设备能力，获得力学性能最佳的工艺：主机转速为2,34 5 6、喂料速度为(2,34 5 6、机身温度为(7,8。采用此工艺正式工业化生产邵尔硬度9,#型%&的力学性能为：拉伸强度为)7

19、:;!*,:)$(;=，达到国外同类产品水平。参考文献：(?$/A A B/3:3 C D/A A E C 3 1 3/1 3 5 6 F G H B D 6 5 I/JK B/6 JC E D 3 L A MN B B 5 6/1 C B L 1 3 C 1 L B/6/6 JD O B C 3 5 6 9;:():)R S T 5 A O/3:#L 6 4 5 D B B L1 3 N 5 B B LD H 3/JN O/N O/3 4 C 1 B A N 5 DK B/6 JC E4 C 6 C C B/E 5 6D C 1 C B L 4/33 H K K/3 6 J1 C B L C

20、 B/E 5 61 B 7;:*?UV C 3 6，+#A 6 JW N/B:%O/3 4 C 1 B A N 5 D G H B D 6 5 I N/A C EC B/E 5 6 3 H K K/3 7 2X,X(2:;?U V C 3 6，W N/B:W H K K/3 M N O/3 4 C 1 B A N 5 DD C 4 1 C A 5 N 5 C 6 A 3 N Y:!#$M 1 C B L 1 3 C 1 L B/6/N O/3 4 C 1 B A N 5 DG H B D 6 5 I 2,，9*（(）：(9!(;(:9Q?K J C H M Q K/N，$?T N O:%O/3

21、 4 C 1 B A N 5 D/B A N C 4/3 5 DK B/6 J AC E C B/E 5 6 3 H K K/3 2)X,(X(:V O C H J O H 3 L W，+O C D G 4 5 D?S:Q N 3/6 F N OC E N O/3 4 C 1 B A N 5 D/MB A N C 4/3 A E 3 C 43 H K K/3 1 C B L C B/E 5 6K B/6 J AZ:Z C H 3 6 B C E$N/3 5 M ,，)9（(）：(:7 辛浩波:塑料合金及塑橡共混改性配方 工艺 性能 应用技术$:北京：中国轻工业出版社，),:*!;):2 殷敬华

22、，等:乙丙橡胶 聚丙烯热塑性弹性体及制备方法:V：2 9(,):?，(2 2 X,2 X(,:朱玉俊，等:乙丙橡胶 聚烯烃热塑性弹性体及制备方法:V：(,7 :，(;X(,X,):(,程时远，等:乙丙橡胶 聚丙烯共混型热塑性弹性体及制备方法:V：2()(7(*:),)X,X(2:(蒋涛，等:动态硫化!#$热塑性弹性体制备工艺研究Z:胶体与聚合物，(，（(）：);:()肖汉文，等:动态硫化!#$共混物力学性能的研究Z:橡胶工业，),，;7：(*9:(*江学良，等:共混时间对动态硫化!#$体系结构和性能的影响 Z:橡胶工业，),(，;2：(7:(;孙亚娟，张美珍，等:!#$热塑性动态硫化胶的进展Z

23、:合成橡胶工业，),(，);（(）：;:!#$%&()*+(,-*./-/,0)1 2 1 3 4?_%C 6 F M O H 5(，Y Pa 5(，Z Y?%C)（(*+,-./+0 1 2 34/5 5 1 67#8 9:;)?*;A*，+,-./;*,7,，-)2 9；)*B 1 C 9 6;D 1 2;.0-1 D):;6 E9 2 A=9;1 6)9 8F )1 2 -)2 9）5 6 7-.(,-：%O/J L 6 4 5 D G H B D 6 5 I N 5 C 6!#$%&b A A N H J 5/J 5 6 N O 5 A 1 1/3:%O/C 1 N 5 4 H 44

24、6 H ME D N H 3/N/D O 6 C B C F LC E N O/%&b A F 5 6/JK LH A 5 6 FH 6 5 E C 3 4J/A 5 F 6/0 1/3 5 4/6 N A:%O/C 1 N 5 4 H 44 6 H E D N H 3/N/D O 6 C B C F L 5 A：A D 3/b3/G2,34 5 6，E/J 3/G(2,34 5 6，N/4 1/3 N H 3/(7,8:%O/N/6 A 5 B/A N 3/6 F N OC E N O/3/MA H B N%&b A)7:;$!*,:)$:%O/B C 6 F N 5 C 6 A N K 3

25、/b (;=:8/49 1.:7：!#$；J L 6 4 5 D G H B D 6 5 I N 5 C 6；4 6 H E*第(期郝同辉，等:动态硫化!#$%&生产工艺的研究万方数据动态硫化EPDM/PP TPV生产工艺的研究动态硫化EPDM/PP TPV生产工艺的研究作者：郝同辉，邱丽，蒋涛，HAO Tong-hui，QIU Li，JIANG Tao作者单位：郝同辉,邱丽,HAO Tong-hui,QIU Li(鄂州鄂丰橡塑材料有限责任公司,湖北,鄂州,436070)，蒋涛,JIANG Tao(湖北大学,化学与材料科学学院,湖北,武汉,430062)刊名：弹性体英文刊名：CHINA ELA

26、STOMERICS年，卷(期)：2005,15(1)被引用次数：3次 参考文献(11条)参考文献(11条)1.辛浩波 塑料合金及塑橡共混改性-配方.工艺.性能.应用技术 20002.Choudhury NR;Bhocvmick AK Strength of thermoplastic elastomers from rubber polyolefin blends外文期刊 1990(01)3.S A bdou-Sabet;M A Fath Thermoplastic elastomeric blends of olefin rubber and polyolefin resin 19824.A

27、 Y Coran;R P Patel Rubber-thermoplastic compositions Part I.EPDM-polypropylene thermoplasticvulcanizates 1980(01)5.A Y Coran;B Das;R P Patel Thermoplastic vulcanizates of olefin rubber and polyolefin resin19786.W K FISHER Dynamically partially cured the thermoplastic blend of monoolefin copolymer ru

28、bberand polyolefin plastic 19747.孙亚娟;张美珍 EPDM/PP热塑性动态硫化胶的进展期刊论文-合成橡胶工业 2001(01)8.江学良 共混时间对动态硫化EPDM/PP体系结构和性能的影响期刊论文-橡胶工业 2001(197)9.肖汉文 动态硫化EPDM/PP共混物力学性能的研究期刊论文-橡胶工业 2000(135)10.蒋涛 动态硫化EPDM/PP热塑性弹性体制备工艺研究 1999(01)11.A M Gessler Process for preparing a vulcanized blend of crystalline polypropylene a

29、ndchlorinated butyl rubber 1962 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.张玲艳.吕鑫.张萍.赵树高.ZHANG Ling-yan.LU Xin.ZHANG Ping.ZHAO Shu-gao EPDM/PP的加工成型期刊论文-弹性体2005,15(4)2.郝同辉.蒋涛.邱丽.HAO Tong-hui.JIANG Tao.QIU Li 动态硫化EPDM/PP TPV的配方设计期刊论文-弹性体2005,15(2)3.郝同辉.蒋涛.邱丽.HAO Tong-hui.JIANG Tao.QIU Li 低硬度动态硫化EPDM/PP TPV的开发期刊论文-弹性体2

30、005,15(4)4.王福坤.WANG Fu-kun EPDM与PP的动态硫化橡胶期刊论文-世界橡胶工业2008,35(7)5.陈瑶.黄俊.吴璧耀.CHEN Yao.HUANG Jun.WU Bi-yao PP/EPDM复合材料性能研究期刊论文-弹性体2008,18(5)6.彭立新.单旭光.李晓宇.PENG Li-xin.SHAN Xu-guang.LI Xiao-yu EPDM/PP共混型热塑性弹性体的研制期刊论文-弹性体2008,18(2)7.夏英.翁伟明.吕枭枭.李婷婷.XIA Ying.WENG Wei-ming.L(U)Xiao-xiao.LI Ting-ting 聚酰胺类TPV的研

31、究进展期刊论文-弹性体2011,21(3)8.杨其.李光宪.陈弦.罗勇 动态硫化EPDM/PP共混型热塑性弹性体的研究期刊论文-四川大学学报(自然科学版)2002,39(2)9.刘振龙.张丽晔.刘军团.LIU Zhen-long.ZHANG Li-ye.LIU Jun-tuan 高熔体强度PP的技术进展期刊论文-塑料工业2005,33(z1)10.崔小明.Cui Xiaoming 世界PP工业现状及生产技术新进展期刊论文-合成树脂及塑料2005,22(6)引证文献(3条)引证文献(3条)1.王春玮.李超芹 动态硫化对三元乙丙橡胶/聚丙烯共混体系等温结晶行为和形态结构的影响期刊论文-合成橡胶工业 2012(2)2.王春玮.李超芹 动态硫化EPDM/PP热塑性弹性体等温结晶行为研究期刊论文-现代塑料加工应用 2011(3)3.孙晓民.王和平.刘琦.魏丽.陆晓中 低硬度POE/PP动态硫化胶的制备与性能研究期刊论文-弹性体 2007(3)本文链接：http:/