丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料中黏弹性测试及其参数间相关性

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240363

摘要/Abstract

摘要：

以不同门尼黏度（MV）的稀土丁二烯-异戊二烯（BIR）聚合物为基础，研究了BIR应用中聚合物及其在加工中不同阶段的流变学参数之间的关系。结果表明，BIR门尼黏度（MV_{raw rubber}）与其门尼松弛曲线下的面积A的关系为MV_{raw rubber}=72.39lg A-129.76，其决定系数R²为0.989；而MV_{raw rubber}和爬行时间（τ_rep）对应的频率（f_c）之间关系为MV_{raw rubber}=-30.205lg f_c+24.97，其决定系数R²为0.9872； MV_{raw rubber}决定了BIR-纳米复合材料的门尼黏度（MV_compound），不同黏度相关的参数MV_{raw rubber}、MV_compound、硫化测试中的最小扭矩（ML）和100%应变下的模量（ $G_{γ}^{'}$ _=100%）之间具有线性关系，其中MV_compound与交联过程测试中的ML和 $G_{γ}^{'}$ _=100%之间的决定系数R²为0.9474和0.9540，其他任意2个参数之间R²在0.9722~0.9908之间； MV_{raw rubber}对BIR聚合物的早期焦烧行为具有一定的影响，门尼黏度越高，早期焦烧时间越短，同时交联后扭矩越大，但门尼黏度对交联反应速率参数几乎没有影响，所有参数与其R²均在0.1以下。

关键词: 稀土丁二烯-异戊二烯聚合物, 纳米复合材料, 流变测量学, 黏弹性参数

Abstract:

Based on butadiene-isoprene rubbers of different Mooney viscosities， the relationships of different rheological parameters for raw rubbers， uncured compounds and crosslinking reaction in the synthetic rubber application were studied. The results show that： Mooney viscosity of raw rubber， MV_{raw rubber}， shows an exponential relationship with the area under the relaxation curve （A）（MV_{raw rubber}=72.39lg A-129.76） and the frequency （MV_{raw rubber}=-30.205lg f_c+24.97） corresponding to τ_rep （f_c） with the R²＞0.98. The Mooney viscosity of rubber composites， MV_compound， is dominated by MV_{raw rubber}， and the relative parameters of MV_{raw rubber}， MV_compound， ML and $G_{γ}^{'}$ _=100% display linear relationships； the R² of MV_compound with MLand $G_{γ}^{'}$ _=100% are 0.9474 and 0.954， respectively； and the R² for other parameters is between 0.9722 and 0.9908. The scorch behavior of rubber composites is influenced by molecular weight of raw rubber； the higher MV_{raw rubber} results in short scorch time and higher torque， but it hardly affects the crosslinking rate （MCR）， and the R² between MCR and all other rheological parameters is below 0.1.

Key words: Butadiene-isoprene copolymers, Nano composites, Rheological measurement, Viscoelastic parameters

中图分类号:

O631

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图/表 11

表1 不同门尼黏度BIR聚合物的门尼松弛参数

Table 1 Parameters of relaxation behaviors for different butadiene-isoprene rubbers

No.	MV_{raw rubber}/MU	k/MU	α	A/（MU?s）	MSR/（MU?s^-1）	MV_compound/MU	Q
1	37.79	12.57	-0.607 7	192.51	-0.984 6	66.31	2.84
2	46.05	16.30	-0.585 9	265.54	-0.940 8	74.82	2.78
3	72.19	29.40	-0.467 3	683.71	-0.752 9	98.25	2.78
4	47.35	16.63	-0.569 2	284.34	-0.942 3	74.33	2.82
5	32.86	11.32	-0.600 0	177.14	-0.938 2	59.39	2.89
6	53.89	19.76	-0.554 6	352.49	-0.894 4	82.97	2.76
7	25.47	6.54	-0.486 7	143.1	-0.947 1	48.88	2.88
8	22.67	5.75	-0.481 2	128.04	-0.941 6	45.80	2.97
9	44.37	15.10	-0.577 8	251.2	-0.926 1	70.80	2.87
10	45.75	16.17	-0.597 8	254.74	-0.946 5	72.55	2.77
11	42.66	14.93	-0.592 6	238.68	-0.926 5	72.50	2.78
12	22.86	5.80	-0.456 8	139.3	-0.900 5	46.05	3.01
13	37.95	12.31	-0.575 3	206.72	-0.943 4	64.42	2.88
14	61.87	23.58	-0.561 6	412.19	-0.889 8	92.08	2.77
15	64.87	24.32	-0.536 8	457.34	-0.854 1	93.71	2.75
16	54.82	18.54	-0.521 7	364.77	-0.897 0	82.98	2.79

图1 聚合物门尼黏度与松弛参数的关系A. Area under relaxation curve A； B. fc

Fig.1 Relationship between Mooney viscosity of raw rubber and relaxation behaviors

图2 聚合物门尼黏度MVraw rubber与MVcompound（A）和比黏度MVr（B）的关系

Fig.2 The relationship of MVraw rubber with MVcompound（A） and MVr（B）

图3 ML与MVraw rubber和 MVcompound的关系

Fig.3 The relationship of MLwith MVraw rubber and MVcompound

图4 门尼黏度与丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料流变参数间的关系A. Gγ'=0.1%； B. Gγ'=100%

Fig.4 The relationship between Mooney viscosity and rheological parameters of compound

图5 硫化参数与ML的关系A.t10， t50， t90； B.ts-1， ts-2

Fig.5 The relationship between ML and parameters during crosslinking reaction

图6 MCR与ML的关系

Fig.6 The relationship between MCR and ML

图7 ML与MH（A）和（MH-ML）（B）的关系

Fig.7 The relationship of ML with MH （A） and （MH-ML）（B）

表2 聚合物与丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料黏度参数相关性

Table 2 The relativity of viscosity parameters for raw rubber and compounds

R²	MV_{raw rubber}/MU	A/（MU?s）	f_c/Hz	MV_compound/MU	$G_{γ}^{'}$ _=100%/MPa	ML/dNm
MV_{raw rubber}/MU	1	0.983 1	0.987 2	0.988 3	0.986 5	0.976 1
A/（MU?s）		1	0.951 5	0.937 2	0.984 4	0.972 2
f_c/Hz			1	0.984 5	0.954	0.947 4
MV_compound/MU				1	0.990 8	0.981 7
$G_{γ}^{'}$ _=100%/MPa					1	0.981 7
ML/dNm						1

表2 聚合物与丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料黏度参数相关性

Table 2 The relativity of viscosity parameters for raw rubber and compounds

R²	MV_{raw rubber}/MU	A/（MU?s）	f_c/Hz	MV_compound/MU	$G_{γ}^{'}$ _=100%/MPa	ML/dNm
MV_{raw rubber}/MU	1	0.983 1	0.987 2	0.988 3	0.986 5	0.976 1
A/（MU?s）		1	0.951 5	0.937 2	0.984 4	0.972 2
f_c/Hz			1	0.984 5	0.954	0.947 4
MV_compound/MU				1	0.990 8	0.981 7
$G_{γ}^{'}$ _=100%/MPa					1	0.981 7
ML/dNm						1

表3 丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料交联反应参数之间相关性

Table 3 The relativity of crosslinking parameters for compounds

R²	MV_{raw rubber}/MU	t₁₀/min	t₅₀/min	t_s-1/min	t_s-2/min	MCR/min^-1
MV_{raw rubber}/MU	1	0.748 2	0.520 6	0.867 8	0.691 1	0.014 4
t₁₀/min		1	0.867	0.940 7	0.965 1	0.028 3
t₅₀/min			1	0.738 7	0.935 3	0.016 5
t_s-1/min				1	0.899 8	0.024 9
t_s-2/min					1	0.001 5
MCR/min^-1						1

表4 聚合物、丁二烯-异戊二烯聚合物纳米复合材料黏度与交联程度的相关性

Table 4 The relativity of parameters for raw rubber and compounds with crosslinking degree

R²	MV_{raw rubber}/MU	ML/dNm	MH/dNm	（MH-ML）/dNm
MV_{raw rubber}/MU	1	0.976 1	0.639 7	0.857 7
ML/dNm		1	0.870 8	0.645 0
MH/dNm			1	0.928 6
（MH-ML）/dNm				1

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