聚氯乙烯(PVC)具有原料易得、成本低、综合性能好等优点，应用领域广泛[1-3]。然而PVC材料存在脆性大、缺口冲击强度低、加工性能差等缺点，限制其在很多方面的应用[4-6]。许多研究者对PVC材料进行改性，制备高强度PVC基复合材料。聚氯乙烯/丁腈橡胶(PVC/NBR)复合材料兼具橡胶的可交联性和弹性及塑料的成本低和抗老化性的优点，使其在隔声材料的制备中具有良好的应用前景[7]。炭黑存在颜色单一、填充量大的缺点，限制其在复合隔声材料中的应用，科研工作人员常采用蒙脱土、膨润土等层状硅酸盐替代炭黑[8-10]。有机蒙脱土(OMMT)具有成本低、热稳定性强及气体阻隔性强等优点，还具有填充量低、增强性高和颜色可调等特点，近年来常被用于制备聚合物基纳米复合材料[11-14]。王毅等[15]采用熔融插层法合成了PVC/NBR/OMMT复合材料，探究OMMT添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明：适量OMMT的添加显著提高了复合材料的拉伸强度。胡胜等[16]通过填充片状OMMT制备PVC/NBR/OMMT复合材料。结果表明：适量添加纳米OMMT有助于提高复合材料的力学性能和隔声性能。然而，目前对于PVC/NBR/OMMT复合材料的研究相对较少，PVC/NBR/OMMT材料的制备工艺仍有待优化，OMMT的添加对于复合材料的隔热特性影响尚不明确。本实验采用机械共混法制备了PVC/NBR/OMMT复合材料，探究OMMT添加量对于PVC/NBR/OMMT复合材料力学性能、耐热性能、隔声性能及耐老化性能的影响，以期为PVC基复合材料的研究提供参考。1实验部分1.1主要原料有机蒙脱土(OMMT)，粒径为100目，信阳市上天梯塘洼矿业有限公司；聚氯乙烯(PVC)，聚合度为1 000±150，粒径为1 000目，东莞市胜浩塑胶原料有限公司；丁腈橡胶(NBR)，含量35%，200目，东莞市铭远塑胶有限公司；硬脂酸、硫黄、氧化锌、促进剂M，优级纯，上海沪试试剂有限公司。1.2仪器与设备恒温真空干燥箱，3183，山东一矿机械设备有限公司；平板硫化机，BP-8170-A，东莞市宝品精密仪器有限公司；万能材料试验机，TH-820，卡迪斯智能测控技术（苏州）有限公司；硬度计，SCB-3000B，山东山材试验仪器有限公司；冲击弹性试验机，Da4a，东莞市高翔机械设备有限公司；老化箱，SR-201，盐城顺荣环保自动化设备有限公司；热重分析仪(TG)，STDA851，瑞士Mettle-Toledo公司；阻抗管，AWA8551，北京中恒日鑫科技有限公司。1.3样品制备PVC/NBR基体中PVC和NBR的质量比为8∶2，通过添加不同量的OMMT进行补强。表1为PVC/NBR/OMMT复合材料配方。按照表1的配方，称取材料置于65 ℃的恒温真空干燥箱中干燥12 h，将PVC、NBR、硬脂酸和氧化锌材料均匀混合置于开炼机中，使用小辊矩冷辊混炼2 min，待样品均匀包辊后加入OMMT后混炼5 min，再加入促进剂M压炼2 min，压炼结束后将混炼胶置于通风处自然冷却。冷却结束后将混炼胶置于平板硫化机在压力为15 MPa、温度为150 ℃的条件下，硫化45 min得到PVC/NBR/OMMT复合材料，硫化结束后将材料置于通风处自然冷却，将材料裁成测试所需尺寸。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.T001表1PVC/NBR/OMMT复合材料配方Tab.1Formula of PVC/NBR/OMMT composites试样PVCNBROMMT硬脂酸氧化锌促进剂M硫黄172.6018.1501.505.000.752.00271.6017.901.251.505.000.752.00370.6217.662.471.505.000.752.00469.6617.413.681.505.000.752.00568.7117.184.861.505.000.752.00%%1.4性能测试与表征面密度测试：使用分析天平和直尺进行测量。拉伸强度测试：按GB/T 528—2009进行测试。断裂伸长率测试：按GB/T 528—1992进行测试。撕裂强度测试：按GB 530—1981进行测试。邵氏A硬度测试：采用硬度计进行测试。回弹性测试：采用冲击弹性试验机进行测试。耐老化性能测试：将复合材料置于老化箱中，老化24 h后取出，测试老化前后复合材料的力学性能。TG分析：空气气氛，升温速率为10 ℃/min，气体流量为50 mL/min。吸声性能测试：吸声系数和隔声量使用阻抗管进行测试，声波频率范围为1 000~6 000 Hz。2结果与讨论2.1PVC/NBR/OMMT复合材料力学性能表2为OMMT添加量对于PVC/NBR/OMMT复合材料力学性能影响。从表2可以看出，随着OMMT添加量的提高，复合材料面密度显著上升，而拉伸强度、100%定伸展应力、200%定伸展应力和300%定伸展应力均呈先上升后下降的趋势。当OMMT添加量达2.47%时，复合材料的面密度与未添加OMMT的复合材料相比提升4.3%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.T002表2OMMT添加量对PVC/NBR/OMMT复合材料力学性能影响Tab.2Effect of OMMT addition amount on mechanical properties of composites试样面密度/（g‧cm-2）100%定伸展应力/MPa200%定伸展应力/MPa300%定伸展应力/MPa拉伸强度/MPa断裂伸长率/%邵氏A硬度回弹性/%10.5122.213.144.7815.44835622.320.5232.543.855.6517.35025922.430.5342.563.556.3119.44926322.440.5462.343.475.8518.34866422.350.5512.223.315.4317.24726422.7当OMMT添加量达2.47%时，复合材料的拉伸强度、100%定伸展应力、200%定伸展应力和300%定伸展应力出现最高值，分别为19.4、2.56、3.55和6.31 MPa，与未添加OMMT的复合材料相比分别提高25.97%、15.84%、13.06%和32.01%。复合材料的邵氏A硬度随着OMMT添加量的提高而增大。当OMMT添加量达2.47%时，复合材料的邵氏A硬度与未添加OMMT的复合材料相比提高12.50%。当OMMT添加量达4.86%，邵氏A硬度最高可达64。当OMMT添加量达1.25%时，断裂伸长率最高可达502%。由于OMMT的精细分散结构能显著提高材料与基体之间的接触面积，使得两者之间的作用力显著增强，但随着OMMT添加量的不断升高，OMMT会发生自团聚作用，从而使得OMMT晶层间距减小，此时材料力学性能有所下降。随着OMMT添加量的增加，材料的断裂伸长率呈现先上升后逐渐下降的趋势。主要由于OMMT材料的力学性能属于刚性，将其加入复合材料后会降低材料的韧性，使得复合材料的断裂伸长率有所降低。添加OMMT对于复合材料的回弹性影响不显著，表明复合材料的弹性变化不大。2.2PVC/NBR/OMMT复合材料耐热性能图1为OMMT添加量对于PVC/NBR/OMMT复合材料耐热性能影响。从图1可以看出，250~300 ℃温度区域主要为树脂相热失重温区，而350~600 ℃温度区域主要为橡胶相热失重温区。未添加OMMT的复合材料树脂相和橡胶相热失重温度255.3 ℃和402.5 ℃，而添加OMMT的复合材料树脂相和橡胶相热失重温度均有所提高；当OMMT添加2.47%，树脂相和橡胶相热失重温度最高可达274.1 ℃和410.2 ℃，相较于未添加OMMT的复合材料分别提高7.36%和1.91%。研究表明，复合材料耐热性能有所提高。主要由于共混制备可以将OMMT片层插入PVC树脂相中，使得橡胶大分子链形成网状结构，从而抑制了主链的阶扣式降解，因此使得复合材料的耐热性能有所提高。而当OMMT添加超过2.47%后，OMMT发生自团聚作用，从而影响插层作用和网状结构的形成，使得热稳定性的增强能力有所下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.F001图1OMMT添加量对复合材料耐热性能影响Fig.1Effect of OMMT addition amount on heat resistance of composites2.3PVC/NBR/OMMT复合材料隔声性能图2为OMMT添加量对于PVC/NBR/OMMT复合材料隔声量和吸声系数的影响。图2OMMT添加量对复合材料隔声量和吸声系数影响Fig.2Effect of OMMT addition amount on sound insulation capacity and sound absorption coefficient of composites10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.F2a1(a)隔声量10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.F2a2(b)吸声系数从图2a可以看出，随着OMMT添加量的增加，复合材料的隔声量呈先上升后下降的趋势，当OMMT添加量达2.47%时，复合材料的隔声量达到最高值。从图2b可以看出，随着OMMT添加量的增加，复合材料的吸声系数呈先上升后下降的趋势，当OMMT添加量达2.47%时，复合材料的吸声系数达到最高值。主要由于适量OMMT的增加会提高材料的面密度，而根据质量作用定律会使得材料的隔声性能有所增加，而过量OMMT的增加会使得离子内部发生团聚，从而使得材料的隔声性能下降。OMMT的添加还能够有效限制材料中大分子的声波震动，通过黏滞效应降低声能透射量，从而提高材料的隔声性能。2.4PVC/NBR/OMMT复合材料耐老化性能表3为OMMT添加量对于PVC/NBR/OMMT复合材料耐老化性能的影响。从表3可以看出，随着OMMT添加量的提高，老化前后复合材料的邵氏A硬度变化均不显著，而复合材料老化前后的拉伸强度变化较大。OMMT的添加，显著降低复合材料的拉伸强度的损失率，主要由于层状硅酸盐片层在基体中达到了纳米分散层，层状硅酸盐的片层结构阻隔了氧气对橡胶分子链的攻击，有效抑制了橡胶的热分解，从而提高了材料的耐热氧老化性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.004.T003表3OMMT添加量对复合材料耐老化性能影响Tab.3Effects of addition amount of OMMT on aging resistance of composites试样邵氏A硬度拉伸强度/MPa老化前老化后老化前老化后156.062.015.412.1259.066.017.316.3363.069.019.418.4464.070.018.316.9564.071.017.215.33结论采用机械共混法制得具有插层型的PVC/NBR/OMMT纳米复合材料，该材料的力学性能、耐热性能、隔声性能、耐油性能及耐老化性能均优于基底材料。OMMT添加量达到2.47%时，复合材料的面密度、100%定伸展应力、200%定伸展应力、300%定伸展应力、拉伸强度、邵氏A硬度分别提高了4.30%、15.84%、13.06%、32.01%、25.97%和12.50%，而材料的断裂拉伸率和回弹性无明显变化。当OMMT添加量达到2.47%，复合材料的热稳定性有所提高，复合材料的树脂相和橡胶相热失重温度分别提高了7.36%和1.91%。当OMMT添加量达到2.47%，材料的隔声量及吸声系数均也达到最高值；而材料的耐油性和抗老化性能也有所上升，相较于基底材料，PVC/NBR/OMMT复合材料的质量损失率降低了13.47%，因老化引起的拉伸强度降低值减少了2.3 MPa。PVC/NBR/OMMT复合材料较传统PVC/NBR具有成本低、综合性能强的优点，具有广泛的应用前景。