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贺爱华教授课题组提出了改善氯丁橡胶加工及力学性能的手段

发布时间:2021-03-24 作者: 张新萍 点击:[]次

导语

氯丁橡胶CR因其优良的阻燃性、耐热性、耐候性和耐化学性而被广泛应用于汽车配件、电线电缆护套和胶粘剂。然而,大分子的极性特性导致CR加工性能差,抗疲劳性能不理想。添加小分子增塑剂可改善CR的加工性,但是小分子增塑剂易挥发、迁移,不仅带来环境与健康问题,而且材料耐久性差;添加NR、BR等通用橡胶可改善CR的加工性及耐疲劳性。近日,青岛科技大学贺爱华教授课题组采用一种新型、可反应的大分子助剂—反式丁戊橡胶改性CR,获得了具有优异可加工性及耐疲劳性能的CR材料,相关成果发表于Polymer(https://doi.org/10.1016/j.polymer.2020.123325)。

贺爱华教授课题组简介

课题组长期从事烯烃催化与聚合及橡塑新材料的基础与工程应用研究,在聚丁烯系列新材料、新型合成橡胶领域取得突破性进展,发表论文200余篇,获授权发明专利30余项。团队先后荣获山东省高校黄大年式教师团队,青岛市巾帼文明岗、石化联合会创新团队奖等集体荣誉。

贺爱华教授简介

贺爱华,教授,博士生导师。2001年毕业于北京化工大学,获博士学位;2001至2009年在中国科学院化学研究所工作;2009年至今在青岛科技大学工作,从事烯烃催化与聚合及橡塑新材料的基础与工程应用研究。先后获得泰山学者特聘教授,山东省杰出青年基金获得者,全国三八红旗手,山东省有突出贡献中青年专家,山东省第十届青年科技奖,全国化工优秀科技工作者等荣誉。担任Polymer International顾问编委,高分子通报、青岛科技大学学报、橡胶工业、轮胎工业、山东化工等期刊编委。先后获得国家技术发明二等奖、教育部技术发明二等奖、青岛市技术发明二等奖、侨界创新成果贡献奖等科技奖励。

前沿科研成果:可反应大分子加工助剂

高反式-1,4-丁二烯-异戊二烯共聚物(TBIR)是一种具有高反式-1,4-构型(>90%)的多嵌段共聚橡胶,具有良好的可塑性(Polymer 156 (2018) 148-161;Polymer 143 (2018) 173-183;Polymer 186 (2020) 1-7等)。研究表明,TBIR可作为NR/BR或SSBR/BR的反应性多功能相容剂(Compos. Part A 116 (2019) 197-205;Compos. Sci. Technol. 158 (2018) 156-163)。TBIR不仅能增强橡胶基体强度与模量,而且能改善NR和BR的相容性,抑制填料偏析,提高橡胶的综合性能(Ind. Eng. Chem. Res. 58 (2019) 917-925)。

少量TBIR改性CR,可减低CR的粘度,改善其流动性及加工安全性(图1),改善CR的挤出形貌,抑制熔体破裂产生(图2)。

图1. a)门尼粘度以及门尼应力松弛速率,b)门尼焦烧时间

图2. CR/TBIR共混物的挤出形貌: a) CR/TBIR=100/0,b) CR/TBIR=90/10,c) CR/TBIR=80/20;挤出速率:1) 5 s-1, 2) 50 s-1, 3) 100 s-1, 4) 1000 s-1;标尺为2000 μm

进一步研究发现,CR/TBIR共混物为微相分离结构(图3),且含有片晶及片晶堆积结构(图4)。

图3.未填充CR/TBIR硫化胶的TEM照片:a) CR/TBIR=100/0,b) CR/TBIR=90/10,c) CR/TBIR=80/20,d) CR/TBIR=0/100;1:低倍,2:高倍

图4. CR/TBIR共混物的AFM照片:a) CR/TBIR=100/0,b) CR/TBIR=90/10,c) CR/TBIR=80/20,d) CR/TBIR=0/100;1:低倍,2:高倍

CR/TBIR硫化胶具有优异的抗疲劳性能(图5):与CR硫化胶相比,CR/TBIR硫化胶的一级疲劳寿命提高了391~537%。

图5. CR及CR/TBIR硫化胶的一级屈挠疲劳次数

综上,作者采用新型反式丁戊橡胶改善了氯丁橡胶的难加工及疲劳性能差的问题。该工作为制备高性能CR制品提供了解决方案。 研究工作第一作者是宗鑫,通讯作者是张新萍博士、贺爱华教授。研究工作得到了山东省自然科学基金重大基础研究项目(ZR2017ZA0304)、泰山学者工程的资助。

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