动态硫化热塑性聚烯烃(TPV)防水片材的研究

研究与应用动态硫化热塑性聚烯烃(TPV)阬水片材的研究张广彬(胜利油田大明新型建筑防水有限责任公司,山东东营257091)[摘要]简逑了动态全硫化技术原理,并就 EPDMPP橡塑比、工动态硫化过程就是在选定橡胶、树脂组分的基础艺参数、硫化剂用量、填充补强材料用量对动态硫化热塑性聚上,采用适宜的配方体系(主要是硫化体系)和制备工烯烃防水片树性能的影响进行了研究。艺,通过高温硫化和剪切作用,使橡胶的交联速率、交[关键词]动态硫化;热塑性聚烯烃;防水片材联密度与混合剪切速率的大小相匹配,形成具有一定[文章编号]1007-497X(2009)-12-0017-05交联度和粒径范围的共混体。共混体中橡胶被硫化中图分类号]TU573成交联的颗粒,也称微区( Domain),分散在树脂中,[文献标识码AStudy on dynamic vulcanization of thermoplastic polyolefin给共混体提供弹性;树脂则提供熔融温度下的塑性流(TPV) waterproofing sheet/ Zhang Guangbin动,即提供热塑成型性。理想的TPV相态结构应是大Abstract] This paper introduces technology principle of dynamic量的交联橡胶作为分散相并以微米级尺寸均匀地分vulcanization and studies factors which affect the performances of散于少量的树脂基体中。因共混物中橡胶相比例较TPV waterproofing sheet, including the ratio of EPDM to PP,大,在动态硫化时通常都要经过相转变过程才能形成process control, amount of curing agent and fillers.所需要的相态结构。动态全硫化过程如图1所示Key words] dynamic vulcanization; thermoplastic polyolefwaterproofing sheet用动态硫化技术制备的共混型热塑性弹性体融混合两相共存相转变TPV材料(TPV)由于具有优异的耐热耐油和耐压缩变形等性图1动态全硫化过程示意能,近年来已成为热塑性弹性体技术发展的热点之2试验部分,但目前国内该技术在防水行业中的应用还处于起21主要原料步阶段,对于动态硫化技术制备热塑性聚烯烃防水片制备TPV防水片材的主要原料包括 PP EPDM材的相关研究报道甚少。本文就 EPDM/PP橡塑比、工超细填充材料、纳米级补强材料、硫化剂、硫化促进艺参数硫化剂用量、填充补强材料用量对动态硫化剂,均为市售工业品。热塑性聚烯烃防水片材(以下简称TPV防水片材)性2.2主要仪器设备能的影响进行研究讨论,旨在为动态硫化技术在防水1)双螺杆挤出机:SH-20(LD为301),南京亚领域的应用提供理论基础。杰公中国煤化工203深圳市新三思1动态全硫化技术原理有限CNMH⑤无锡市前洲测量仪20012中国建筑防水17研究与应用器厂;4)平板硫化机:QLB25DQ,无锡市第一橡塑机片材的力学性能较佳。械设备厂;5)电热鼓风干燥箱:DL1l-3A,天津市科32工艺参数对TPV防水片材性能的影响学仪器厂。由图4和图5可看出,随着共混温度的提高,23试验工艺TPV防水片材的拉伸强度逐渐减小,扯断伸长率先增将一定比例的EPDM和PP加入高速混合机混大后减小。原因是:共混温度升高后,EPDM的充分交合,用双螺杆挤出机挤出加热段温度为175-200℃,联使扯断伸长率增大;但共混温度升高后,引起PP机头温度为180-190℃,螺杆转速为60-120r/min,氧化降解,分子链断裂严重,导致结晶度下降,从而挤出后用水冷却,干燥后用切粒机造粒,然后用平板表现为整体力学性能下降。综合考虑,当共混温度为硫化机将粒状共混物胶料压制成片并检测性能。180~190℃时,TPV防水片材力学性能较佳。24性能测试标准产品性能测试参照GB181731-2006《高分子防水材料第一部分:片材》。3结果与讨论3 I EPDM/PP橡塑比对TPV防水片材性能的影响由图2和图3可看出,随着EPDM用量的减小,共混温度TPV防水片材的拉伸强度逐渐增大,扯断伸长率逐图4共混温度对拉伸强度的影响渐减小。这是因为体系中PP起到增强作用,其用量越大,共混物的拉伸强度越大;而EPDM作为增韧材料,其用量越大,共混物的扯断伸长率越大。综合考虑,当 EPDM/PP橡塑比在7030-6040时,TPV防水6420175共混温度/℃图5共混温度对扯断伸长率的影响864由图6和图7可看出,随着螺杆转速的提高,TPV防水片材的拉伸强度和扯断伸长率均呈先增后8020703060405050橡塑比降趋势。原因是螺杆转速提高则剪切作用增强,在动图2橡塑比对拉伸强度的影响态硫化过程中,剪切作用对共混物的微观形态有很大的影响:剪切作用提高后,分散相橡胶粒径变小,共混物的均匀性提高,表现为拉伸强度和扯断伸长率均呈增大趋势;但剪切作用过高,PP相的断链程度加剧,00分子量下降明显,对橡胶粒径的减小起抵消作用,TPV防水片材的拉伸强度和扯断伸长率降低。综合考虑,本研究中转速为90rmin时,TPV防水片材的8020703060/4050/50橡塑比综合中国煤化工图3橡塑比对扯断伸长率的影响3.3CNMHG性能的影响2184CBW2002研究与应用11螺杆转速(mmin)m4 >m >ma > m图6螺杆转速对拉神强度的影响硫化剂用量图9硫化剂用量对扯断伸长率的影响螺杆转速八(rmin)>my >mz >mi图7螺杆转速对扯断伸长率的影响由图8和图9可看出,随着硫化剂用量的增加,图10硫化剂用量对硬度的影响TPV防水片材的拉伸强度和扯断伸长率均呈下降趋势。原因是硫化剂的加入使共混物形成网络结构,化学交联点的增加限制了分子链的运动,且随着硫化剂用量的增加,共混物过度交联,使交联点间分子链逐步变短,共混物的延展性变差;同样,过量的硫化剂也会引起PP的甲基降解。因此必须慎重对待硫化剂用量的选择。由图10和图11可看出,随着硫化剂用量的增硫化剂用量图11硫化剂用量对尺寸稳定性的影响加,TPv防水片材的硬度和尺寸稳定性均呈增大趋10势。其原因同样是硫化剂的加入使共混物形成网络结构化学交联点的增加限制了分子链的运动,使共混物的延展性变差。34填充补强材料用量对TPV防水片材性能的影响在TPV防水片材中加入填充材料,不仅可以显著降叶怀可坦立甘刚性硬度及尺寸稳中国煤化工图8硫化剂用量对拉伸强度的影响定性CNMHG势随着填充材料002中国建筑防水》19研究与应用50填充补强材料用量/份填充补强材料用量/份图12填充补强材料用量对硬度的影响图15填充补强材料用量对扯断伸长率的影响为60份时),因此,加入适量的补强材料来调整TPV防水片材的力学性能应是比较适宜的。综合考虑,填充、补强材料的用量宜控制在30~50份。4TPv防水片材的性能结合上述分析,采用正交方法优选了TPV的配方,并按上述优选工艺参数制备了TPV防水片材按填充补强材料用触份GB181731—2006测试其性能,结果详见表1。检测图13填充补强材料用量对尺寸稳定性的影响结果充分说明,采用动态全硫化技术可以制备出综合用量的增加而增大。另外,填充材料加入后,TPV防性能优异的TPV防水片材,该片材具有环保性、可再水片材的拉伸强度和扯断伸长率均呈下降趋势(见图生循环利用性、可焊接性、耐老化性及良好的物理力14和图15),原因是随着填充材料的增加共混物中学性能和化学性能,并且可制成各种颜色。的界面层增多,而界面层间的粘结力要弱于共混物分表1TPV防水片材的物理性能子间的凝聚力,在外界作用力下,界面层自然就成为薄弱环节,因此,拉伸强度随填充材料用量的增加而试验项目标准值实测值断裂拉伸强度MPa(常温)降低;填充材料颗粒分散于PP相中影响了EPDM的扯断伸长*%(常温≥450增韧效果,因而扯断伸长率也随之降低;分散于P撕裂强度(kNm)25相中的刚性填充材料颗粒可增加共混物的刚性,使其不透水性(03MP,0m无渗漏无滲漏硬度及尺寸稳定性有所增加。另外,补强材料可以显低温弯折r≤-40延伸0著提高共混物的力学性能(图14填充补强材料总量加热伸缩量mm纵向1横向2断裂拉伸强度≥80热空气老化保持率%10(80℃,168b)「扯断伸长率保持率/%剪切强度≥30或焊接性能卷材破坏卷材破坏/(N/mm)填充补强材料用量份图14填充补强材料用量对拉伸强度的影响s H中国煤化工CNMHG能的影响很大:随20cBw2002研究与应用着 EPDM/PP橡塑比的减小,其拉伸强度逐渐增大,扯30-50份断伸长率则逐渐减小。橡塑比在70306040时,TPV5)采用动态全硫化技术可以制备出综合性能优防水片材的力学性能较佳异的TPV防水片材。2)工艺参数对TPV防水片材性能的影响也非常显著:随着共混温度的提高,其拉伸强度逐渐减小,扯断伸长率先增大后减小;随着螺杆转速的提高其拉收稿日期:200203伸强度和扯断伸长率均呈先增后降趋势。在本研究作者简介:张广彬,男,1977年生,范围内,共混温度为180-190℃、螺杆转速为90r山东东营人,高级工程师,本刊签min时,TPⅤ防水片材的综合性能较佳。约作者。现供职于胜利油田大明新型建筑防水有限责任公司研究3)硫化剂用量对TPV防水片材性能有致命的影所副所长,从事防水材料技术开响,因此必须慎重对待硫化剂用量的选择问题才能制发与管理工作。联系地址:257091备综合性能优异的TPV防水片材。东营市黄河路与东七路交汇处大明工业园,胜利油田大明新4)填充补强材料用量对TPV防水片材性能有-型建筑防水有根责任公司,联系电话:0546-776903定的影响综合考虑填充、补强材料的用量宜控制在口新产品新型地下防水工程用材料—嵌联式防水卷材压生产工艺成型。生产设备简单,原料无毒害成分,对厂房环地下建筑工程中,因混凝土垫层的折断、开裂,而导致境无特殊要求,占地面积小,使用人工少,工效高,可连续作与之相粘连的防水层的失效,是个较为普遍的问题。专利技业,生产成本低于普通卷材。术嵌联式防水卷材就是针对防水层此类失效问题而研究开地下工程用嵌联式防水卷材的施工工艺分为水平面施发的,其原理在于:通过在防水卷材上附作嵌联顆粒,并直工及外墙立面施工两个部分。水平面施工时,卷材铺放在垫揍在上面浇筑混凝土,从而使卷材与上部基础联为一体,这层上即可,无需与垫层粘贴,卷材也无需做保护屡,可直接绑就完全摆脱了下面垫层的彩响,并且能够适应建筑基础的钢筋打混凝土。钢筋绑扎究毕浇筑混凝土之前,对卷材进行部分变形,避免地下水有害成分的腐蚀,有效保护钢筋混凝详细检查,对破损处进行修补后即可进入下道工序。外墙立土构件免遭腐蚀危害,延长建筑使用寿命。嵌联式防水卷材面施工时,将卷材放入模板内侧,并将100mm长度外翻压还可以根据工程环境的不同要求,生产出相应的产品。在墙模板下固定,待拆模后相接。卷材接缝采用专用热合机该卷材构造分为3个部分,即片材、嵌联粒和防水肋。热焊施工,简单、方便、可靠。只要确保卷材完好无损,确保修片材同所有卷材一样,其作用就是实现防水;嵌联粒是在片补与接缝处的严密,嵌联式防水卷材即可满足地下工程的防材上形成密布的突起颗粒,其作用是通过在卷材上直接浇水要求筑混凝土而嵌入建筑基础之中,从而将片材与建筑物紧密(冯建蒙供稿地联结为整体;防水肋是豎向连接在片材上,并与嵌联粒连接,纵横交织,形成无数小区格,既加强了片材的受力强度更多信息,请浏览又可防止卷材局部破损进水后的窜水現象。嵌联式防水卷材选用塑料类高分子材料,通过热熔注防减在线” wrwu/ZFSonline com中国煤化工CNMHG中国建筑防水上2l