乙烯醋酸乙烯橡胶氢化丁腈橡胶氢氧化镁复合材料的力学性能阻燃性加热老化和热老化性能文档格式.docx
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两者共混或更多类型的聚合物是一个非常有用的技术准备和材料的发展与性能优于的个别成分。
乙烯-醋酸乙烯酯橡胶（EVM）不同高醋酸乙烯酯（VA）的内容是广泛应用于许多领域，如在电缆行业。
1-3应用在电缆，阻燃剂应引入EVM降低易燃性。
氢氧化铝和氢氧化镁（MH）是典型的阻燃剂，但通常高填料含量是需要获得满意的阻燃性。
4-5然而，高含量的过剩MH通常会导致较差的低温弯曲性能6和机械性能的EVM复合材料7,如撕裂强度、断裂伸长。
它是必要的,以更好的力学性能复合材料性能的同时保持其EVM的阻燃性。
与氟橡胶或氢化丁腈橡胶比较，EVM也有一个相对低的热油老化和热老化性能,应考虑在特殊的电缆行业8-10。
HNBR提供优良的机械性能11-13（如高拉伸强度、优良的冷弯性能,和耐磨性等）,以及加热老化和热老化性能、广泛地应用于工业上。
一般来说，HNBR是不溶与大多数从业用的弹性体。
然而,它是由氯化的聚乙烯和聚氯乙烯混合。
在这种情况下，研究表明EVM与HNBR和高MH含量混合能获得更号的性能和力学性能，如阻燃性，加热老化和热老化性能。
实验意见与反馈选择人工翻译服务，获得更专业的翻译结果。
材料：
LANXESSChemicalCo.（中国，上海）提供的VA（UML1t4,100_C,68）含70wt%的EVM和ACN（UML1t4,100_C,70）含39wt%的HNBR。
改性层状晶体nano-MH平均长度为90纳米，厚度为20纳米是由上海allrun高科技公司（上海，中国）；
ShanghaiHuarun
ChemicalGroupCo.（Shanghai,China）提供乙烯基三甲氧基硅烷（A171）；
RheinChemi.Co.（中国，上海）提供的硼酸锌，磷酸三（TCP），vulkanoxDDA,aflux18,antilux654,andtriallylisocyanurate;
中国上海高桥石油公司提供97%纯度的过氧化二异丙苯（DCP）..
准备工作:
所有样本准备在一个开放的实验用二辊轧机（S（X）K-160A,尺寸:
320_160mm,上海橡胶机械厂，中国）在室温下通过以下程序：
EVM和氢化丁腈橡胶不同的重量比（EVM/HNBR¼
100/0，90/10，75/25，50/50，25/75，0/100）是第一个混合用辅助材料。
MH（150份，每数百部分橡胶¼
份）与TCP和A171添加。
最后添加磷酸氢钙（3份）。
混炼复合材料10次在两辊轧机形成3-5毫米厚;
所获得的复合材料进行了最后压缩固化在170摄氏_15分钟在10兆帕到张合适厚度。
在测试之前所有样品进行了预处理在23摄氏度下24小时;
测量和表征:
阻燃:
根据ASTMD2863测量极限氧指数（LOI）与试样尺寸为130*6.5*3mm3用作LOI测试（流变测试仪科技有限公司，美国）,采用垂直燃烧测试仪器进行垂直燃烧试验,试样尺寸为130*13*3mm3
机械性能:
根据ASTMD412-97用哑铃标本衡量抗拉强度,使用通用机电仪（斯特朗系列ix.4465，美国）的十字头速度为500毫米/分钟。
无缺口90度角和裤子撕裂试验进行了测试，根据ASTMd624-98，使用通用机电仪（斯特朗系列ix.4465）与十字头速度分别为500毫米/分钟和50毫米/分钟。
根据ASTMD573-97使用手持邵氏硬度来衡量邵氏硬度,加热老化和热老化性能:
根据ASTMD471-98分析热老化性能,,样品浸泡在IRM903汽油里100摄氏度下24小时;
根据ASTMD573-99测试了加热老化,样品被放置在热风炉下150摄氏度7天;
热重分析（TGA）:
在氮气环境下,在加热率10℃/分钟（从20℃到800℃）对复合材料的热降解行为进行了热重分析（TGA,TGA7,PerkinElmer）;
差示扫描量热分析（DSC）:
差示扫描量热分析（DSC,Pyris1,PerkinElmer）测定复合材料的玻璃化转变温度（Tg）在加热率20℃/分钟（从-60℃到40℃）下;
在测试前,样品需被冷却到-60℃冷却率10℃/分钟。
动态力学分析（DMTA）:
在升温速率为3℃/分钟（从-80℃到70_℃）和1赫兹的频率0.01%拉伸下,通过动态力学分析（DMTA,IDMA2980,TA）测定复合材料的力学性能;
测试前，样品冷却到80摄氏_度在冷却速率10℃/分钟。
构型:
通过放映机原子显微镜（AFM）（Bioscope,VeecoInstruments）观察复合材料的构型
结果与讨论
图1显示增加氢化丁腈橡胶的部分，复合的LOI逐渐减少，但仍然是超过30，表明该复合材料具有很好的阻燃性。
减少LOI的原因是HNBR14的低阻燃性;
所有的EVM/HNBR/MH复合材料可以在UL-94垂直燃烧V-0级测试中生存;
在两次点火中,全部样品没有被点燃,这表明MH具有良好的阻燃性为EVM/HNBR复合材料,MH填料的结合是存在于所有化合物和可能有了良好的综合机械性能以及良好的LOI值。
15-16所有样本中有一个很好的自熄性点火后可以满足电缆的应用要求，如加MH可以减少有机可燃成分的浓度。
此外,MH消除水，从燃烧中提取能量从而降低可燃聚合物可燃性17-18
图1LOI和EVM/HNBR/MH复合材料的UL-94。
EVM/HNBR/MH复合材料的力学性能如图2所示,随着氢化丁腈橡胶部分的增加,EVM/MH复合材料的断裂伸长，直角撕裂强度，撕裂强度从223%,40.7N/mm,8.9N/mm增加到255%,44.9N/mm,13.0N/mm;
岸上硬度和拉伸模量随HNBR的增加而减少,表明共混物的交联密度在下降,当氢化丁腈橡胶含量超过25份时,低温弯曲性能更好,表明HNBR比EVM是更可行的;
EVM/HNBR/MH复合材料的断裂伸长率和撕裂强度比EVM/MH复合材料更高,
这可以归结为：
氢化丁腈橡胶具有优良的弹性优于EVM的拉伸强度，断裂伸长率，撕裂强度，由于EVM和HNBR都是极性橡胶19,所以他们都具有良好的兼容性和异构性;
许多文件显示，如果两种橡胶（如三元乙丙橡胶/丁腈橡胶20和丁腈橡胶/丁苯橡胶21）是不兼容的，他们会表现最好有特殊的比例力学性能，由于它们的相对均匀分布。
虽然在EVM/氢化丁腈橡胶共混，随着氢化丁腈橡胶的增加力学性质定期发生了改变定期，表明EVM和氢化丁腈橡胶是相互兼容的;
当HNBR被加入到EVM中,该方法有较大的灵活性和弹性的橡胶链条,这也导致低刚性橡胶硫化和硬度22的减少。
通过实验结果的对比和预测的各种理论模型的基础上的共混体系的力学性能研究不同的理论模型预测EVM/HNBR/MH系统的力学性能,包括平行23，系列23，和麦斯威尔模型23。
以下方程的模型是最高上限模型:
M1和M2的机械性能，和X1与X2分别是EVM和HNBR的体积分数的组成部分,在这个模型中，该组件被认为是彼此平行排列,因此,每个组件的应力伸长量都是一样的.系列模型如下方程,最低下限模型:
按麦斯威尔模型:
比较实验和（拉伸强度，扯断伸长率，撕裂强度）三个理论曲线，拉伸强度，扯断伸长率，撕裂强度也显示在图2;
所有三个模型显示几乎相同的积极趋势，特别是一系列模型与实验结果相符，这也说明EVM和氢化丁腈橡胶相互兼容。
加热老化和热老化性能测试
加热老化性能与弹性体的极性有关;
EVM的极性是由VA含量决定的和氢化丁腈橡胶弹性体的极性是由丙烯腈含量24决定的;
图3概述了EVM/HNBR复合材料的加热老化和热老化性能,经过热老化（150℃热风7天），所有样品的拉伸强度增加，这可能是由于C-C的良好的热稳定性在过氧化物硫化体系交联；
由于高温,热老化可以形成更多交联，因此提高拉伸强度25;
由于HNBR具有更优异的热老化性能和比EVM更高的交联密度比,HNBR的拉伸强度随HNBR含量的增加而增大;
然而，样品中总体下降的60%断裂伸长是令人惊讶的。
这可能是由于形成额外的交联作为一种后，改变对一个严格的填料网络回火后，热老化后作为一个有额外的MH填充相互作用创造一个更严厉的和强大的网络与较短的断裂伸长率热老化后;
在加热老化性能测试中，所有样本在（100℃加热24小时）拉伸强度和断裂伸长均减少;
随着越来越多的氢化丁腈橡胶，拉伸强度的增加，体积膨胀率减少。
复合材料的加热老化可以归因于高极性产生的高VA含量（70%）在EVM而在氢化丁腈橡胶，极性是固有的丙烯腈组的高偶极影响，提出了大型电子亲和力，允许形成环状结构与>
CH-组归结于在分子间和分子内大分子自由基的桥梁26。
氢化丁腈橡胶比EVM具有较好的抗老化性能和象EVM具有强极性组
热分析
TGA
复合材料的热失重曲线显示在图4。
EVM的降解在310摄氏度开始和完成在540摄氏度，经过2个步骤降解;
27第一步分解是由于乙酸的损失在350摄氏度-450度碳链剥离，导致聚合的形成（ethylene-co-acetylene），使得降解下一步骤,第二步降解的范围是在450-550摄氏度,包括主链的断裂,其次是转移到烯丙基位置，因此，氢损失或提取导致分别形成一个不饱和或饱和链的末端，视情况在另一端的激进，28HNBR的降解可能是烷烃，终端烯烃，或二烯烃。
降解物只有一个阶段（从450℃开始和550℃结束;
因此，氢化丁腈橡胶稳定温度是450℃，这是比EVB的更高的;
MH的降解是从350℃开始和400℃结束，这是相应MH的脱水和氧化镁的形成。
在EVM/MH或HNBR/MH复合材料中,MH的加入,提高了EVM或者HNBR的热稳定性[图4（甲，乙）]。
在EVM/MH复合材料中,第一步温度的范围是从350℃到480℃的,第二步是从450℃到600℃,EVM/MH或HNBR/MH的降解阶段是不分明，曲线变得光滑。
虽然MH的加入降低了第二步的分解率,但是加速醋酸的损失29,MH上的羟基可以协助b-H离开,也就意味这MH可以催化乙酸的脱离,残留可能包含一些含碳材料，即EVM/HNBR/MH纳米复合材料的所得残渣不仅包含金属氧化物也有一些含碳物质.图4（c，d）显示EVM/HNBR/MH复合材料的热失重曲线.氢化丁腈橡胶的加入EVM/HNBR/MH的初始分解温度增大,这可能是由于稳定的环对腈结构。
随HNBR含量的增加,复合材料的降解相应的第一和第二降解步骤发生在较高温度（℃）[图4]。
第一阶段的EVM/HNBR/MH（90/10）具有较高的终端分解温度（520℃）比
EVM/MH复合材料的（480℃），而第一阶段EVM/HNBR/MH（75/25）的降解曲线几乎重叠，EVM/HNBR/MH（90/10），但终端降解温度二级增加。
这意味着低氢化丁腈橡胶在EVM/HNBR/MH复合材料中会增加的热分解温度。
值得注意的是，在高HNBR含量中,EVM/HNBR/MH（25/75）的热重曲线在第一阶段几乎是与EVM/HNBR/MH（50/50）相同的。
这表明在第一降解阶段大量的HNBR可以不增加EVM/HNBR/MH的终端温度.
DSC
调查EVM/HNBR共混物的兼容性,差热分析进行测量玻璃化转变温度（Tg,onset）作为一个功能组成的。
EVM/HNBR/MH复合材料的差热分析曲线表明每个样本只有一个Tg，这可能表明，以及EVM和氢化丁腈橡胶是兼容的30.两个单独的Tg平台合并为一个单独的跨平台温度范围大于各个阶段的特征温度值。
作为显示在图5中，随着氢化丁腈橡胶含量的增加,EVM/HNBR/MH复合材料的Tg转移到较低的温度,氢化丁腈橡胶比EVM具有较低的Tg。
硫化后,Tg移动到较高的温度区.这是由于DCP的交联作用的影响.流动性的聚合物在宽温度范围内降低了结晶风险和影响聚合物硬化。
这是可以预期的固定位于地区恶劣的环境的电缆平台.
DMTA
温度依赖性损失模量（E），储存模量（E），和损耗因子（檀丁）是显示在图6。
果然有一个混合相对均匀的Tg观察从图6（c）。
有报道说，分子水平的混合的均匀时，Tg相应的橡胶更是有据可查。
EVM和氢化丁腈橡胶具有类似的极性和Tg接近，31可以得出结论，EVM和氢化丁腈橡胶混合在分子水平上。
EVM/MH复合材料的E’和E’’是比HNBR/MH复合材料的更高.这意味这E’和E’’随着HNBR含量的增加而增加,HNBR含量的增加导tan的距离增强.随着HNBR含量的增加,TG值下降.EVM/MH,EVM/HNBR/MH（50/50）和HNBR/MH复合材料的TG值（DMTA）分别是-4.4℃,-7.1℃,和-9.5℃,这可能是HNBM的影响.
形态
EVM/HNBR/MH的原子力显微镜显微是图7所示。
在图7（a），MH有一些聚集有一些明亮的大领域，而在图7（c），MH粒子分散在聚合物基体和聚集是不明确的，呈更广泛均匀分布的在界面，这可能为减少表面密度HNBR的纳入32.，HNBR/MH复合材料显示光滑表面比ENM/MH复合材料,表明氢化丁腈橡胶比EVM具有更好的MH分散颗粒.图7©
的图像显示在HNBR矩阵中嵌入离散粒子,这意味着MH与HNBR比与EVM有更好的界面相互作用.随着HNBR含量的增加,离散MH颗粒的直径变小.在图7（b）中发现在HNBR和ENM之间没有明显的接口,这表明EVM和氢化丁腈橡胶是均匀的共硫化和兼容的。
结论
通过机械制备EVM/HNBR/MH复合材料,在用DSC,TGA,DMTA,AFM测试其性能.其力学性能，阻燃性，加热老化和热老化性能撕裂强度、扯断伸长率随HNBR复合材料含量的增加而增加。
复合材料具有良好的LOI阻燃性和在垂直燃烧试验中达到了30个V-0级。
随着HNBR含量的增加,复合材料的热老化性能更好了.热重分析表明，一个小分子的氢化丁腈橡胶可提高EVM/MH复合材料的热降解温度.DSC和DMTA数据表明HNBR你降低TG值和提高复合材料的灵活性;
EVM和氢化丁腈橡胶共硫化和均匀兼容的。
复合材料的储存模量，损耗模量，tanb是随着HNBR含量的增加而减少的;
高HNBR含量的MH是具有小颗粒大小和分散性好的高性能复合材料.
图2EVM/HNBR/MH的力学性能
（一）复合材料的拉伸强度和断裂伸长，
（二）90度直角撕裂强度和撕裂强度，
（三）邵氏硬度和拉伸模量。
图3加热老化和热老化性能
在加热老中,ENM/氢化丁腈橡胶/MH复合材料的抗拉强度（a），
断裂伸长（b），和溶胀比（体积）（c）
图4EVM/HNBR/MH复合材料的热失重曲线（a）氢化丁腈橡胶和氢化丁腈橡胶/MH复合材料的热失重曲线（b）EVM/HNBR/MH复合材料与低密度HNBR含量的热失重曲线（c）EVM/HNBR/MH与高密度HNBR的热失重曲线（d）
图5EVM/HNBR/MH复合材料的DSC曲线
图6EVM/HNBR/MH复合材料的动态曲线
（a）储存模量，损耗模量（b），损耗因子（c）。
图7为EVM/HNBR/MH复合材料的原子力显微镜图像,（a）EVM/MH,（b）EVM/HNBR/MH（50/50）,an和（c）HNBR/MH.[彩色图可以被视为在网上发行，.”。
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