本发明涉及一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料及其制备方法。
背景技术
极地科学考察几乎拥有世界人口三分之二的51个国家参与，包括世界经济发达国家和主要发展中国家，她关系着全球变化和人类的未来，也是一个国家综合国力、高科技水平在国际舞台上的展显和角逐，在政治、科学、经济、外交、军事等方面都有其深远和重大的意义，因此，倍受各国科学家的高度重视。20世纪中，已有50多个国家在南极建立了100多个科学考察站，对南极开展了多学科考察研究，有多项重大科学研究都是在南极取得突破性进展的，例如；南极大气层中臭氧空洞的发现与研究、南极冰下大湖——东方湖的发现与研究等。在极地的极寒天气条件下，通常需要准备一些耐低温性能极好的装备，如耐低温的帐篷、帐篷地垫、密封零件等。特别是帐篷地垫，其本身较厚，为了携带方便，需将其折叠得尽可能的小，如帐篷地垫的耐低温性能不够好，使用一段时间后折痕部位便会断裂。综上所述，制备具有极好耐低温性能及良好力学性能的材料具有重大意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有极好的耐候性能及耐低温性能且力学性能稳定的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料及其制备方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物20-30份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物15-25份、三元乙丙橡胶20-25份、无规共聚聚丙烯10-15份、聚苯乙烯7-10份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.5-0.8份、二硫化二苯并噻唑0.5-1份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆1-2份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.2-0.5份、4,4'-二硫化二吗啉1-2份、甲基丙烯酸甲酯单体1-2份、硅烷偶联剂1-2份。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法：它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，混合均匀得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，之后加入步骤a所得的初混物，继续密炼得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及硅烷偶联剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：
1.本发明制得的弹性体树脂材料，具有耐极低温度、高弹性、无毒、无味、对环境友好、可回收利用和成本低的优点。
2.本发明制得的弹性体树脂材料适用于极地等极寒天气环境下。
3.本发明制得的弹性体树脂材料具有良好的力学性能，常温下拉伸强度≥25mpa，断裂伸长率≥600％。
4.本发明制得的弹性体树脂材料具有极好的耐低温性能：零下40℃低温折裂试验3万次无断裂，断裂伸长率≥450％；零下60℃极低温度时，断裂伸长率依然保持在400％以上。
5.本发明制得的弹性体树脂材料具有优异的加工性能，可以通过注射成型等方式制备成各种成品及零件，不仅具有突出的力学性能，而且耐低温性能极好，收缩率较低，同时其低温脆性可达到-75℃，在-75℃环境下不发脆，完全适用于极地极端气候条件下使用。
6.本发明制得的弹性体树脂材料在极寒天气条件下，耐候性良好，材料力学性能稳定，拉伸强度及断裂伸长率降幅不超过30％，耐老化性能良好，能够长时间使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明内容进行详细说明：
一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物20-30份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物15-25份、三元乙丙橡胶20-25份、无规共聚聚丙烯10-15份、聚苯乙烯7-10份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.5-0.8份、二硫化二苯并噻唑0.5-1份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆1-2份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.2-0.5份、4,4'-二硫化二吗啉1-2份、甲基丙烯酸甲酯单体1-2份、硅烷偶联剂1-2份。
所述适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，优选它包括按重量份数比计算的如下原料：嵌段型乙烯辛烯共聚物25份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物20份、三元乙丙橡胶22份、无规共聚聚丙烯12份、聚苯乙烯8份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.6份、二硫化二苯并噻唑0.8份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆2份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.3份、4,4'-二硫化二吗啉1份、甲基丙烯酸甲酯单体1.5份、硅烷偶联剂1份。
本发明利用嵌段型乙烯辛烯共聚物(obc)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sebs)、三元乙丙橡胶(epdm)、无规共聚聚丙烯(pp)、聚苯乙烯、2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌、4,4'-二硫化二吗啉、甲基丙烯酸甲酯单体以及硅烷偶联剂作为制备适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的原料，彼此之间能够很好的互溶，无需再添加其他相容剂或增塑剂就能制得具备良好力学性能的耐低温弹性体树脂材料。利用上述原料制得的树脂材料具有良好的耐低温性能。另外，由于聚苯乙烯的加入，能够大大提升材料整体强度及熔融态流动性，便于加工及成型，同时可以降低弹性体材料体系热收缩性，这样的弹性体树脂材料适用于精密元件的制作。
甲基丙烯酸甲酯单体的加入能够提高材料硬度，控制弹性体树脂材料的收缩率以及低温状态下的形变率。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，混合均匀得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，之后加入步骤a所得的初混物，继续密炼得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及硅烷偶联剂混合均匀，加入双螺杆挤出机中，进行挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料。
其中，步骤a的具体操作方法为：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，在50-60℃下混合搅拌20-30min，得初混物；
步骤b的具体操作方法为：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，其中，密炼的温度保持在160-175℃范围内，密炼的时间控制在10-20min；之后加入步骤a所得的初混物，将密炼温度升至175-185℃，在175-185℃下继续密炼25-30min，冷却后得共混物；
利用2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉制得的初混物能够能够使三元乙丙橡胶与嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物以及无规共聚聚丙烯熔融共混，让三元乙丙橡胶均匀的分散于嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物以及无规共聚聚丙烯中，大大的提高了弹性体树脂材料的性能，特别是弹性体树脂材料的耐候性能、耐低温性能等。
步骤c的具体操作方法为：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及硅烷偶联剂混合均匀，加入双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的工艺温度，待温度达到要求的工艺温度后，恒温30-35min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于10000pa、主机螺杆转速为100-500rpm，挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料；
其中，双螺杆挤出机的工艺温度如下表：
制得的耐低温弹性体树脂材料可加入注塑机中，注射成型，按需制作元件。其中，注塑机的温度设定在170℃。
下面结合具体的实施例对本发明的内容作更细致的描述：
实施例1：
一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物20份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物15份、三元乙丙橡胶20份、无规共聚聚丙烯10份、聚苯乙烯7份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.5份、二硫化二苯并噻唑0.5份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆1份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.2份、4,4'-二硫化二吗啉1份、甲基丙烯酸甲酯单体1份、γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.6份。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，在50℃下混合搅拌20min，得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，其中，密炼的温度保持在160℃，密炼的时间控制在10min；之后加入步骤a所得的初混物，将密炼温度升至175℃，在175℃下继续密炼25min，冷却后得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及γ-氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，加入双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的工艺温度，待温度达到要求的工艺温度后，恒温30min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于10000pa、主机螺杆转速为100rpm，挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料；
其中，双螺杆挤出机的工艺温度如下表：
实施例2：
一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物30份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物25份、三元乙丙橡胶25份、无规共聚聚丙烯15份、聚苯乙烯10份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.8份、二硫化二苯并噻唑1份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆1.5份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.5份、4,4'-二硫化二吗啉1.2份、甲基丙烯酸甲酯单体2份、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷2份。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，在60℃下混合搅拌30min，得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，其中，密炼的温度保持在175℃，密炼的时间控制在20min；之后加入步骤a所得的初混物，将密炼温度升至185℃，在185℃下继续密炼30min，冷却后得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，加入双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的工艺温度，待温度达到要求的工艺温度后，恒温35min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于10000pa、主机螺杆转速为500rpm，挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料；
其中，双螺杆挤出机的工艺温度如下表：
实施例3：
一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物25份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物20份、三元乙丙橡胶22份、无规共聚聚丙烯12份、聚苯乙烯8份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.6份、二硫化二苯并噻唑0.8份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆2份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.3份、4,4'-二硫化二吗啉2份、甲基丙烯酸甲酯单体1.5份、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1份。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，在55℃下混合搅拌25min，得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，其中，密炼的温度保持在170℃，密炼的时间控制在15min；之后加入步骤a所得的初混物，将密炼温度升至180℃，在180℃下继续密炼28min，冷却后得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀，加入双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的工艺温度，待温度达到要求的工艺温度后，恒温32min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于10000pa、主机螺杆转速为300rpm，挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料；
其中，双螺杆挤出机的工艺温度如下表：
实施例4：
一种适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，它包括按重量份数比计算的如下原料：
嵌段型乙烯辛烯共聚物28份、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物18份、三元乙丙橡胶24份、无规共聚聚丙烯11份、聚苯乙烯7份、2,4-二氯过氧化苯甲酰0.5份、二硫化二苯并噻唑0.6份、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆1.5份、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌0.5份、4,4'-二硫化二吗啉1.5份、甲基丙烯酸甲酯单体1.2份、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷1.2份。
所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料的制备方法，它包括以下工艺步骤：
a.初混物的制备：将2,4-二氯过氧化苯甲酰、二硫化二苯并噻唑、四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆、乙基苯基二硫代氨基甲酸锌以及4,4'-二硫化二吗啉加入到混合机中，在55℃下混合搅拌25min，得初混物；
b.动态硫化：先将嵌段型乙烯辛烯共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、三元乙丙橡胶、无规共聚聚丙烯加入密炼机中进行密炼，其中，密炼的温度保持在170℃，密炼的时间控制在15min；之后加入步骤a所得的初混物，将密炼温度升至180℃，在180℃下继续密炼28min，冷却后得共混物；
c.挤出造粒：将步骤b制得的共混物破碎切粒，与聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯单体以及γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀，加入双螺杆挤出机料仓中，设置好双螺杆挤出机的工艺温度，待温度达到要求的工艺温度后，恒温32min，开启双螺杆挤出机，控制双螺杆挤出机的绝对真空度低于10000pa、主机螺杆转速为300rpm，挤出造粒，之后冷却，即得所述的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料；
其中，双螺杆挤出机的工艺温度如下表：
实施例5：性能测试：
将本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4获得的耐低温弹性体树脂材料分别命名为样品1、样品2、样品3、样品4，并对这4个样品进行性能测试，综合性能见表1，热老化性能见表2。邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率、低温脆性测试的试验方法分别参照：gb/t2411-1980、gb/t1040-2006、gb/t1040-2006、gb/t1682-1994。
表1综合性能表
表2热老化性能测试结果
另外，本发明的发明人还分别测试了样品1、样品2、样品3以及样品4的耐低温性能，并得到了以下结果：样品1、样品2、样品3以及样品4在零下40℃低温折裂试验3万次无断裂，断裂伸长率≥450％；在零下60℃极低温度时，断裂伸长率依然保持在400％以上。特别是样品3，其在零下40℃时的断裂伸长率可达551％，而在零下60℃极低温度时，断裂伸长率依然保持在525％。
从表1、表2以及耐低温性能测试结果可知，本发明的适用于极地极寒地区的耐低温弹性体树脂材料，具有良好的耐低温性能、力学性能以及耐老化性能。