熱塑性動態(tài)硫化橡膠的介紹及應用
前言
TPV的類型
通用型TPV
最早選用EPDM和PP作為基材而成功制備出TPV,并將其實現(xiàn)工業(yè)化。隨后Manleh等制備出塑料基材為PP、橡膠基材為天然橡膠(NR)的熱塑性彈性體。對于硫化劑的探索和試驗,最早以過氧化物代替?zhèn)鹘y(tǒng)硫化體系成功制備出聚烯烴彈性體(POE)/PP TPV,之后,研究者們又對TPV進行了定量分析,研究結果表明,過氧化物交聯(lián)劑種類和用量會對TPV的性能(主要為力學性能)產生影響,這使得TPV形成了十分嚴謹的體系,為此后TPV更進一步的發(fā)展奠定了基礎。
目前,大部分通用型TPV選用的橡膠和塑料基材仍為EPDM和PP,硫化體系一般以硫黃硫化體系、酚醛樹脂硫化體系或過氧化物硫化體系為主,橡膠與塑料的比例為50/50~80/20,所得產品兼具優(yōu)良的加工流動性和橡膠熵彈性,以及目前高度倡導的綠色環(huán)保和可回收性。
PP (a) 、PP/過氧化物 (b) 、EPDM/PP (c) 和TPV (d) 在動態(tài)硫化EPDM/PP TPV掃描電鏡圖
動態(tài)硫化EPDM/PP TPV掃描電鏡圖
功能型TPV
1.導電型TPV:以酚醛樹脂為硫化劑、全同立構PP和EPDM為基材,以炭黑進行填充改性,研究了EPDM交聯(lián)程度對復合材料導電性能的影響。結果發(fā)現(xiàn),在一定范圍內交聯(lián)程度和導電滲濾閾值成反比,超過此范圍后電滲閾值保持不變。此項研究為實現(xiàn)TPV復合材料的電性能控制和雙網絡的形成提供了有效的制備策略和研究基礎,并且可以方便地引入工業(yè)應用。
2.耐油型TPV:橡膠基材為乙烯-丙烯酸酯橡膠(AEM),塑料基體為熱塑性聚醚酯彈性體(TPEE),該TPV材料集中了AEM和TPEE的優(yōu)點,兼具優(yōu)異的耐油性能和耐熱氧老化性能,廣泛應用于汽車配件領。
3.阻燃型TPV:阻燃型TPV的塑料基體主要是石油基塑料。以氫氧化鎂原位增容改性紅磷,并將其作為阻燃劑用于以NR和線性低密度聚乙烯為基材的TPV中,當氧氣體積分數達到25.6%時,TPV出現(xiàn)無黑煙燃燒和熔滴滴落的現(xiàn)象,同時力學性能仍能保持在較高水準。
TPV的制備技術
密煉機動態(tài)硫化技術
1、密煉機可直接、快速、精準控制制備工藝,并可為工藝改進提供依據和途徑,其溫度和剪切力均可在一定范圍內調控;
2、密煉機在加工過程中可以提供混煉功率曲線,通過曲線的變化可直觀地了解橡膠基材與塑料基材共混與否、混合的程度及橡膠的交聯(lián)程度等;
3、使用密煉機還可以預測混煉膠的質量、黏度及分散度。
4、密煉機的轉子與側壁之間有縫隙,這使得基材在共混時容易鉆入,鉆入的混煉膠會發(fā)生靜態(tài)硫化而形成交聯(lián)網絡,難以被粉碎成納米級橡膠顆粒,從而導致TPV出現(xiàn)表面不光滑的現(xiàn)象
密煉機示意圖
雙螺桿擠出動態(tài)硫化技術
1、雙螺桿擠出機對溫度的調控較為精確,從而可實現(xiàn)對TPV加工工藝的精確控制。雙螺桿擠出機可分段調節(jié)不同機筒位置的溫度,從而在加工過程中可以分別設定橡塑基料熔融共混時的溫度、橡膠相硫化時的溫度及分散成橡膠微粒的溫度,所得TPV性能更加穩(wěn)定;
2、雙螺桿擠出機螺桿的轉速基本都能達到200 r/min,可確保產生比密煉機更強的剪切力,從而縮小橡膠顆粒粒徑,使得橡膠顆粒更加均勻地分散于塑料基體,形成穩(wěn)定的“海–島”結構,進一步提高TPV的流動性能。
3、此技術所選用螺桿的長徑比一般最小為20/1。此外,TPV具有輕微的吸濕特性,進行干燥處理時需多加注意
雙螺桿擠出機圖片
TPV海島結構示意圖
TPV的應用
汽車行業(yè)
在汽車配件領域,TPV的市場潛力巨大,正在大幅度地取代傳統(tǒng)的熱固性硫化橡膠,其具有質輕、低價、壽命長、可回收的特點,因此相比于傳統(tǒng)硫化橡膠,TPV在汽車的密封系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)及消音系統(tǒng)方面存在著巨大的優(yōu)勢。
電子電器行業(yè)
電線電纜行業(yè)所需原材料須具有優(yōu)良的耐候性能、耐腐蝕性能、耐磨性能及耐臭氧老化性能,而TPV則完全滿足以上諸多要求,且TPV相比于熱固性橡膠更易著色,老化后材料的拉伸性能保持率更高,同時,TPV還具有非常好的密封性,且價格低廉,可用于制造模壓電器配件、特殊電插座等。
其他行業(yè)
在其他領域,TPV占比較大的為食品包裝領域,這是由于TPV的耐化學腐蝕性和耐高溫性能良好,不易拉伸及壓縮變形,從而可確保食品的安全性。同時,因其良好的密封性,TPV亦可作為各種飲品包裝的最佳選擇。在醫(yī)療材料領域,由于新型TPV不含有害成分和易致過敏成分,用其替代傳統(tǒng)的熱固性硫化硅橡膠可大幅降低生產成本。
TPV汽車密封件
TPV電纜
TPV水管
TPV醫(yī)療級止血帶料
END
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