0引言线性低密度聚乙烯(LLDPE)应用广泛,其机械性能良好,与一般低密度聚乙烯相比,具有更好的拉伸强度、刚性、耐冲击性和耐应力开裂性［1］,且生产成本较低,但其回弹性差,易产生压缩永久变形.而弹性体与聚乙烯共混可以在保持聚乙烯原有性能［2］的同时,制备出具有综合优良性能的复合材料.SBS热塑性弹性体是由聚丁二烯和聚苯乙烯嵌段组成的嵌段共聚物.其性能与常规硫化橡胶类似［3］,具有拉伸强度高、回弹性优良、加工性能好等优点.密封垫在选材上应考虑被密封液体的溶度参数,应选用与待测液体溶度参数差异较大的材料作为密封材料,以避免密封材料被待测液体溶胀失效.由于本文所需密封的液体为水溶液,水的溶度参数为δ=23.95,LLDPE的溶度参数为δ=7.9,SBS是由PS与PB两相组成,含有两个溶解度参数,PS相的溶解度参数为δ=9.1,PB的溶解度参数δ=8.4,水与LLDPE和SBS的溶度参数之差大于14.85,因此可以选用线性低密度聚乙烯与SBS热塑性弹性体作为密封材料.压缩性密封垫的密封性能与材料的屈服强度和压缩回弹性密切相关,将具有较高屈服强度的LLDPE和具有良好弹性的SBS进行熔融共混加工,即可制得屈服强度和压缩回弹性合乎密封性要求的压缩性密封垫.1实验部分1.1原材料LLDPE,DFDA7042,中国石化股份有限公司茂名分公司;硬度为60 HA 的SBS热塑性弹性体,自制.1.2实验仪器万能材料试验机,5566型,美国Instron公司,最大加载载荷为10 kN.注塑机,DMS250,佛山定中机械有限公司.平板硫化机,QLB25D/Q型,无锡第一橡塑机械设备厂.邵氏D型硬度计,CYD型,上海六菱仪器厂.1.3试样制备压缩性能试验用样品制备：以SBS/LLDPE树脂总质量的100份为计算基准,LLDPE分别按0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%进行配比.分别将各种配比的原料混和均匀,加入到双螺杆挤出机中熔融共混挤出,机筒各段温度分别为140 ℃,145 ℃,145 ℃,140 ℃,130 ℃,螺杆转速700 r/min（由于挤出机为工业应用型,所以转速较大）.将挤出后的共混料在温度为150~190 ℃条件下在模具中预热5~10 min后,在压力为3 MPa条件下热压2 min,保压下冷却2~5 min定型,制得尺寸为 16.3×25 mm的试样,静置36 h后进行相关测试.试样尺寸是参照GB/T 10412008和GB/T 775793以及考虑实际加工条件和试验条件确定.1.3性能测试共混样品压缩性能试验在万能材料试验机上进行,压缩测试速度为10 mm/min,试样应变量为试样总高度的30%,循环次数为3次,记录共混样品的最大应力.实验温度为25士2 ℃,样品数为10个,结果为其平均值.按照GB/T5311999标准,邵氏硬度在CYD型邵氏硬度计上测试,样品数为10个,测得数据后,结果取中位数.第1期游革新,等:LLDPE/SBS共混压缩回弹性能研究
武汉工程大学学报第33卷
2结果与讨论2.1定应变循环压缩试验测试曲线在万能材料试验机上对共混样品压缩性能测试,根据所得数据绘制出各配比试样的3次定应变循环压缩应力-应变曲线.图1为LLDPE/SBS(70/30)试样的3次定应变循环压缩应力-应变曲线.图1LLDPE/SBS(70/30)试样的3次循环压缩应力应变曲线
Fig.1Three cycles of LLDPE/SBS (70/30) stressstrain curve由图1可知,第二次和第三次回弹曲线与第一次比较靠拢,说明试样经3次压缩后材料结构没有发生明显变化,回弹性差异不大.图1中应力应变关系可以指导工业中的实际应用.例如,如果工业要求待封液体的压力为3 MPa,通过图1可以知道压缩应变的范围.具体步骤如下,由压力3 MPa可以在图1纵坐标上标出点e,通过点e作与横坐标平行的平行线,与一次回弹曲线相交于f点,由f点做平行于纵坐标的平行线,与横坐标相交于g点,g点代表的应变值为19.66%.由图1可知,只要保持应变在19.66%以上,应力就会大于3 MPa,就能将待封液体密封住.2.2LLDPE/SBS共混比对共混体系最大应力和
硬度的影响在定应变的情况下最大应力随共混样品中组分含量变化的关系曲线如图2所示.最大应力(MPa)是指样品应变压缩至总高度30%时的载荷除以试样有效承载面积.图2LLDPE/SBS共混比对共混体系最大应力的影响
Fig.2Effect of LLDPE/SBS blending ratio on maximum stress双组份共混体系性能与其组分性能之间的关系［4］常用关系式（1）来表征.P=P1β1+P2β2（1）
式（1）中：P为共混物的力学性能;
P1,P2为分别为组分1及2的相应力学性能;
β1,β2为分别表示组分1及2的质量分数.但由于两组份之间的相互作用,关系式（1）常存在明显的偏差.因此,本文拟用下述关系式讨论共混物力学性能与其纯组分力学性能之间的关系为P=P1β1+P2β2+Iβ1β2(2)
式（2）中，I为表示组分间的相互作用参数.在此,规定I为正值时表示共混物性能与关系式（2）有正偏差,共混物组分之间有协同作用,共混物的力学性能大于共混体系各组分分别对力学性能贡献的简单加和;I为负值时则有负偏差,共混物组分之间拮抗作用,共混物的力学性能小于共混体系各组分分别对力学性能贡献的简单加和.聚合物共混物性能与其纯组分性能之间的关系式及其结果如图2所示.根据计算结果,拟合相关系数达到了0.998,可见拟合的相关性非常好.表1为应用式(2)计算LLDPE/SBS共混物最大应力和实测值的比较.由计算结果可知误差均小于5%,符合一般工程上的精确度要求,从而初步验证了式（2）可行性.利用公式（2）可以根据密封对象所承受的压力计算出密封垫的共混组成,指导实际生产.例如,某容器内液体压力为6 MPa,则根据拟合曲线及关系式得出LLDPE/SBS共混比为30/70.

表1LLDPE/SBS共混物最大应力预测值和实测值的比较
Table 1Comparison between predicted and actual values of LLDPE/SBS blends’ maximum stress
LLDPE/SBS
共混（质量）比最大应力/MPa计算值实测值误差/%80/2022.660 7722.450.9460/4014.979 5614.44.4840/608.8534 778.894.1120/804.2825 134.474.19共混比对共混体系的邵氏硬度影响如图3所示.图3LLDPE/SBS共混比对硬度的影响
Fig.3Effect of LLDPE/SBS blending ratio on hardness由图3可知,共混体系的硬度随LLDPE含量的减小而近似呈线性递减趋势.根据图3可以由LLDPE/SBS共混比预测共混体系的硬度(图3拟合关系式中y代表共混体系的硬度值,x代表共混体系中SBS组分的含量),由此可为与密封垫接触的密封面选材提供依据.例如,如果选用密封垫的组成LLDPE/SBS为30/70,密封面应该选用硬度大于21.67HD,否则,在压缩过程中,密封面会发生变形.2.3LLDPE/SBS共混比对共混体系回弹性能的
影响图4为LLDPE/SBS共混比对共混体系压缩功恢复率［5］的影响.图4LLDPE/SBS共混比对压缩功恢复率的影响
Fig.4Effect of LLDPE/SBS blending ratio on recovery rate of compression work压缩功 (W)是指试样发生30%应变时外界对材料所作的功,反映材料发生变形的难易程度,其值为中图1曲线OAC下的面积.一次压缩功恢复率(%)是指第一次循环压缩时压缩恢复功与压缩功的比值,反映材料在初次受压后的回弹性,数值上等于图1中曲线BAC下的面积与曲线OAC下的面积之比,比值越大,一次压缩回弹性越好.三次压缩功恢复率 (%)是指第3次循环压缩时压缩恢复功与压缩功的比值, 数值上等于图1曲线EDC下的面积与曲线FDC下的面积之比.本文采用两次压缩功恢复率之差（见图4曲线3）反映材料经反复压缩后的回弹性,压缩功恢复率之差越小,反复压缩回弹性越好.图4中,曲线1是一次压缩功恢复率随LLDPE/SBS共混比的变化,表征共混体系一次压缩回弹性;曲线2是三次压缩功恢复率随LLDPE/SBS共混比的变化,表征共混体系三次压缩回弹性.由图4曲线1和曲线2可知,随着共混体系中LLDPE含量的减少,共混体系一次压缩回弹性和三次压缩回弹性均是先逐渐缓慢降低,在LLDPE/SBS共混比为50/50处降至最小,然后迅速增大;同时,由曲线3可知,随着LLDPE含量的减小,共混体系的反复压缩回弹性总体呈越来越优良趋势.在LLDPE/SBS共混体系中,SBS对体系的回弹性起主要作用.在图4曲线1和曲线2中,随着共混体系中LLDPE含量增加,共混体系压缩回弹性迅速降低,在LLDPE/SBS为50/50处降至最小,随后稍有增加.在这可能是由于随着LLDPE含量的增加,回弹性在LLDPE/SBS共混比为50/50处降至最小后,由于分子间作用力等的影响,LLDPE含量继续增加,LLDPE中的烯烃段与SBS中的PB段形成某种局部有序的结构,一定程度上增加了共混体系的弹性.3结语以上通过对LLDPE/SBS共混体系压缩应力和应变关系、共混组成对共混体系最大应力和硬度的影响规律的研究,得出如下结论：a. 随着LLDPE含量的减小,LLDPE/SBS共混体系的最大应力和硬度等力学性能降低.拮抗作用导致共混体系的最大应力小于两组分对应力贡献之和.b. 共混体系中SBS的含量为30份时,共混体系一次压缩回弹性、二次压缩回弹性和三次压缩回弹性差异不大.c. 定应变循环压缩应力-应变曲线可以密封垫的压缩程度提供指导;应力与组成的关系式可以为确定密封垫组成提供依据.