因此,热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和热塑性塑料的工艺加工性能,是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料,常被人们称为第三代橡胶。
热塑性弹性体的性能特点
热塑性弹性体的优点:
(1)可用一般的热塑性塑料成型机加工,例如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压缩成型、递模成型等。
(2)能用橡胶注塑成型机硫化,时间可由原来的20min左右,缩短到lmin以内。
(3)可用压出机成型硫化,压出速度快、硫化时间短。
(4)生产过程中产生的废料(逸出毛边、挤出废胶)和最终出现的废品,可以直接返回再利用。
(5)用过的tpe旧品可以简单再生之后再次利用,减少环境污染,扩大资源再生来源。
(6)不需硫化,节省能源,以高压软管生产能耗为例:橡胶为188mj/kg,tpe为144mj/kg,可节能25%以上。
(7)自补强性大,配方大大简化,从而使配合剂对聚合物的影响制约大为减小,质量性能更易掌握。
(8)为橡胶工业开拓新的途径,扩大了橡胶制品应用领域。
烯烃类tpe
烯烃类tpe系以pp为硬链段和epdm为软链段的共混物,简称tpo。由于它比其它tpe的比重轻(仅为o.88),耐热性高达100℃,耐天候性和耐臭氧性也好,因而成为tpe中又一发展很快的品种。1973年出现了动态部分硫化的tpo,1981年出现了完全动态硫化型的tpo,性能又大为改观,最高温度可达120℃。这种动态硫化型的tpo简称为tpv,主要是对tpo中的pp与epdm混合物在熔融共混时,加入能使其硫化的交联剂,利用密炼机、螺杆机等机械高度剪切的力量,使完全硫化的微细epdm交联橡胶的粒子,充分分散在pp基体之中。通过这种交联橡胶的”粒子效果”,导致tpo的耐压缩变形性、耐热老化性、耐油性等都得到明显改善,甚至达到了cr橡胶的水平,因而人们又将其称为热塑性硫化胶。 利用tpv的耐油性,现已用其替代nbr、cr制造各种橡胶制品。tpv还可以与pe共混,同sbs等其它tpe并用,互补改进性能。现在,在汽车上已广泛作为齿轮、齿条、点火电线包皮、耐油胶管、空气导管以及高层建筑的抗裂光泽密封条,还有电线电缆、食品和医疗等领域,其增长幅度大大超过tps。 近年,在tpv的基础上推出了聚合型tpo,使tpv的韧性和耐低温等性能又出现了新的突破。美国也开发出综合性能更好的ipn型tpo。1985年又出现完全动态硫化型的pp/nbr—tpv,它以马来酸酐与部分pp接枝,以部分nbr用胺处理,形成胺封末端的nbr。这种在动态硫化过程中能形成少量接技与嵌段的共聚物,可取代nbr用于飞机、汽车、机械等方面的密封件、软管等。这种共混体由于两种材料极性不同,彼此不能相容,因而在共混时必须加入mac增容剂。这类增容剂主要有:亚乙基多胺化合物,例如二亚乙基三胺或三亚乙基四胺,还有液体nbr和聚丙烯马来酸酐化合物等。 马来西亚1988年开发成功了pp/nr tpv,它的拉伸和撕裂强度都很高,压缩变形也大为改善,耐热可达100—125℃。同期,还研发出pp/enr--tpv,它是使nr先与过氧乙酸反应制成环氧化nr,再与pp熔融共混而得。性能优于pp/nr-tpv和pp/nbr--tpv,用于汽车配件和电线电缆等方面。在此期间,英国又出现了pp/iir—tpv、pp/ci一iir—tpv,美国开发了pp/sbr、pp/br、pp/csm、pp/acm、pp/eco等一系列熔融共混物,德国制成了pp/eva,使pp与各种橡胶的共混都取得了成功。此外,见之于市场的还有epdm/pvc、 iir/pe等。 目前,以共混形式采用动态全硫化技术制备的tpe已涵盖了11种橡胶和9种树脂,可制出99种橡塑共混物。其硫化的橡胶交联密度已达7×10-5mol/ml(溶胀法测定),即有97%的橡胶被交联硫化,抗拉伸长率大于100%,拉伸永久变形不超过50%。 tpv可以用塑料加工通用的吹塑、注塑和挤出成型等方式生产各种零件。吹塑制品有汽车的空气净化器导管、齿轮罩防护套、联轴节护套等。注塑制品有塞头衬垫、反光镜衬垫、脚踏刹车衬垫、刹车增力装置导管护套、曲轴罩护套等,还可制造同步带。挤出制品有电线电缆护套、燃料管外层胶和各种密封条。尤其是汽车上的密封条,使用tpv已成为时髦,包括实心和发泡产品,静密封和准动/动态密封制品等等,已基本取代了橡胶。 目前在烯烃基tpe中,tpo约占80%一85%,tpv占l5%-20%。为适应不同加工方式及用途,一般都在10—20种以上。虽然它们对具体生产方法和生产量大多未公布,但不外乎都是烯烃类的各种熔融共混物。熔融共混的tpv正成为各橡胶、塑料生产厂家竞相发展的新型橡塑材料和最热门的研发课题。还有各种tpo-tpv之间的相互共混,如epdm/pp tpv与nbr/pp--tpv,acm/pp tpv与epdm/pa-tpv等,也正成新的改性共混材料。
新型热塑性弹性体研究进展
近年来,随着高分子结构设计理论的发展和应用( 即通过对材料的分子化学结构与物性相互关系的系统研究,可根据应用要求合成出具有特定化学结构的物质材料) ,以及对动态硫化理论及技术的深入研究和开发,许多新型的热塑性弹性体材料品种不断问世 [3] ,并形成了初步的产业化规模。
主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在恶劣环境中使用的塑料,大部分是热固性塑料,最常用的应该是炒锅锅把手和高低压电器。 [2]
聚酰胺类热塑性弹性体
聚酰胺类热塑性弹性体( tpae) 是指由高熔点结晶性聚酰胺硬链段和非结晶性的聚醚或聚酯软链段组成的一类嵌段共聚物。tpae 结构中的硬链段通常选用聚己内酰胺、聚酰胺 66、聚十二内酰胺、芳香族聚酰胺等,软链段通常为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、双端羟基脂肪族聚醣等。由于软、硬链段可选用的材料范围广,聚合度和软、硬链段的共混比可调节,因而可根据不同的用途设计和制备性能不同的 tpae 产品。制备的聚酰胺硬链段类型决定了 tpae 的熔点、耐化学品性和相对密度; 聚醚或聚酯软链段类型决定 tpae 的低温特性吸湿性、抗静电性及对某些化学品的稳定性; 并且,软、硬链段的用量比对 tpae 的弹性、硬度和耐化学品性有决定性影响。因此,控制线型分子链中软、硬链段的共混比是生产 tpae 的关键技术。聚酰胺类热塑性弹性体具有较好的力学性能和弹性,并且耐磨性和曲挠性优良,是一类适宜于在高温下使用的热塑性弹性体。
热塑性弹性体的加工
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能。由于不需再像橡胶那样经过热硫化,因而使用简单的塑料加工机械即可很容易地制成最终产品。它的这一特点,使橡胶工业生产流程缩短了l/4,节约能耗25%~40%,提高效率10~20倍,堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命。
具有这种特性的早期材料是热固性橡胶,但许多可注射模塑的热塑性弹性体(tpe)系列正在取代传统的橡胶。除了以它们的基本形式使用之外,tpe还广泛地用于刚性热塑性塑料的改性,通常是用于改进抗冲击强度。对于板材和一般模塑级复合材料来说,这是相当普遍的。
中文名 tpe热塑性弹性体 种 类 嵌段共聚物 优 点 易于回收利用,降低成本 性 质 弹性模数较低的弹性产品
无定形热塑料的特征温度是玻璃化温度(tg),当低于tg时,高聚物表现为具有“玻璃”特征性能,专业上称之为“玻璃态”,此时的高聚物具备使用功能,而不能被“可塑”性能;当高于tg时,高聚物则具有较高弹性和一定可塑性特点,同时失去使用功能,专业上称之为“高弹态”。进一步升温后,其弹性失去而完全可塑。因此,其最高使用温度应在tg以下,而其最低加工温度则应在tg以上。
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。
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