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一文读懂热塑性动态硫化橡胶TPV材料
发布时间:2018-12-14 作者:admin 点击次数:
热塑性硫化橡胶(英文为Thermoplastic Vulcanizate),简称为TPV,热塑性硫化橡胶的中文简称为热塑性橡胶(英文Thermoplastic Rubber),简称为TPR,但这个名称容易和其它种类的热塑性弹性体(英文为Thermoplastic Elastomer)相混淆在一起,因为通常热塑性弹性体也被大家叫做热塑性橡胶,尤其是苯乙烯类弹性体,目前至少在中国似乎”TPR”已经成为它的专有名称了,一提起TPR,就是指以SBS、sebs等苯乙烯类弹性体为基料的热塑性弹性体,这与苯乙烯类弹性体在民用以及终端消费品领域中消耗量之大是分不开的。
 
热塑性硫化橡胶的名称如果再说的详细一点,那应该是热塑性动态硫化橡胶(英文为Thermoplastic Dynamic Vulcanizate),加了“动态”2字是更具体说明了生产这种热塑性硫化橡胶的工艺—动态硫化,这种工艺指在橡胶和热塑性塑料熔融共混过程中使橡胶硫化,当然橡胶在硫化的同时也不断与热塑性塑料相混合,因此被硫化了的橡胶是作为分散相分布在热塑性塑料连续相中(此种结构和现实中的混凝土很类似,PP类似连续的水泥,而橡胶微粒则类似混凝土里的小石子。与之相对应的热塑性静态硫化橡胶,就是指橡胶按传统方法先硫化好,然后通过磨粉设备把硫化好的橡胶磨成粉,最后与熔融的热塑性塑料共混,理论上这种方法也能制得性能优良的TPV,但到目前为止,只是处于实验室阶段。
二、关于热塑性硫化橡胶的组成
TPV主要由二部分组成,一是塑料,作为连续相,二是橡胶作为分散相。通常橡胶需要与软化油或增塑剂与之配合。硫化剂和一些辅助助剂也是必不可少的。另外为了降低成本或者提高某方面的性能,一些无机填料会被填加。
许多塑料和橡胶之间可形成TPV,但仅有个别共混物经过动态硫化后具有实用价值,目前商业化的有PP/PE/EPDM,PP/NBR,PA6/ACM,PP/SEBS, TPEE/AEM。在化工出版社《热塑性弹性体》一书中对11种橡胶和9种塑料制备的99种橡胶/塑料共混物进行了评论,研究发现,要得到最佳性能的橡胶/热塑性塑料动态硫化共混物,必须满足以下条件:(1)塑料和橡胶两种聚合物的表面能匹配;(2)橡胶缠结分子链长度较低;(3)塑料的结晶度大于15%。当塑料与橡胶之间的极性或表面能差别比较大的情况下,添加合适的相容剂,再进行动态硫化,也可以得到性能优良的共混物。
三、关于热塑性硫化橡胶的制备
TPV的制备方法通常有3种,即熔融共混法、溶液共混法、胶乳共混法。其中熔融共混法是最常见的,所采用的设备主要有2种,混炼机或者双螺杆挤出机。根据工艺的不同,可以单独使用一种设备,或者2种都使用。在工业上,因双螺杆挤出机可以连续化生产,所以考虑到质量稳定,双螺杆挤出机成为最为通用的动态硫化设备。
动态硫化的具体步骤如下:首先在密炼机内将橡胶和塑料熔融共混,当达到充分混合后,加入硫化剂,此时边混合、边硫化,如果硫化速度越快,那么混合程度也必须越激烈,以保证共混物具有良好的加工性能。目前因为有颗粒状的橡胶出售,所以可以不用密炼机混合塑料与橡胶,可以直接采用双螺杆挤出机混合。在具体的工艺上,动态硫化可以分2步走,塑料可以分2次加入与橡胶混合,以保护塑料在动态硫化时受到硫化剂的氧化作用。
四、关于热塑性硫化橡胶的性能和特点
TPV的性能和特点主要由它的组成所决定、并且动态硫化的工艺对它的影响也非常大。
从组成及工艺上来说,TPV是经过硫化的橡胶粉末分散在塑料相中,因此在性能上更接近传统的橡胶,具有耐高温、压缩变形低、耐溶剂、耐油等。其它的热塑性弹性体在常温下尽管可以维持不错的机械性能甚至超过TPV,但是温度一旦升高、机械性能就降低很快!
在加工方面, TPV可以在常规的塑料注塑机、挤出机、吹塑机上加工,体现了热塑性塑料的加工优势,可以以最快的速度、大批量的生产产品,以降低厂家设备、人力的过多投入,对能源的过多使用及环境的保护都作了很大的改变!
 
目前已经商业化批量使用的TPV主要是以EPDM作为分散相,连续相通常是PP,以硫化体系来分类的话,目前较为成熟的是酚醛树脂硫化的、过氧化物硫化的TPV:通常酚醛树脂硫化的TPV具有更好的耐高温性能及耐气候性能;另外对于吹塑加工,酚醛树脂硫化的TPV更适宜, 而过氧化物硫化的TPV可以达到更细腻的表面,加工温度略低,着色方面也更优越,吸湿性能要比酚醛树脂的低。
五、关于热塑性硫化橡胶的应用和市场
由于TPV在耐高温性能、耐油及耐溶剂方面更加接近传统橡胶,因此它的应用更多的在于工业制品领域,但是其性能还是与传统橡胶有一定的差距,所以对于机械性能、耐油、耐高温要求很高的场合,还是不能完全替代橡胶。
目前来看,以PP/EPDM为基料的TPV主要应用在以下几个方面:
(1) 建筑密封条领域:通常是取代传统的EPDM橡胶,因为在耐气候方面的优势,建筑行业密封条一般都使用EPDM,另外TPV加工方便,所以自TPV诞生以来,建筑行业一直是TPV的一个重要市场;
(2) 汽车密封制品领域:随着汽车轻量化、环境友好考虑,TPV取代了更多的传统EPDM、NBR,在车窗密封条、三角窗、玻璃导槽、前后风挡玻璃包边方面有着广泛的应用;
(3) 电线电缆领域:对于户外使用、需要柔韧性的电缆护套层,通常采用TPV、一般汽车点火线的护套或者绝缘层大部分都采用TPV;
(4) 铁路铁轨绝缘缓冲垫片:一般情况下,传统橡胶也可以,但铁路项目的短期大批量供货,导致传统橡胶生产方法跟不上进度,采用TPV可以满足快速大批量供货的要求;
(5) 其它五金工具手柄、密封圈、垫片等:通常该领域制品也可采用苯乙烯类弹性体(TPR),但当需要有一定的耐高温、耐油或者耐溶剂性能,则更多的会考虑TPV。
 
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