热塑性硫化胶(TPV)的结构性能及其应用
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tpv是什么材料TPV是一种热塑性弹性体,它是由丙烯、乙烯和二烯单体组成的共聚物。
TPV 具有优异的弹性和耐热性能,因此在汽车、电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
本文将从TPV的材料特性、制备工艺、应用领域等方面进行介绍。
首先,TPV具有良好的耐热性能。
由于其主要成分为丙烯和乙烯,这些单体在高温下依然能够保持稳定的结构,因此TPV可以在较高的温度下使用而不会出现变形或者熔化的情况。
这使得TPV在汽车发动机室、电子设备中具有重要的应用价值。
其次,TPV具有优异的弹性和柔韧性。
TPV在室温下能够保持较好的弹性,不易变形,具有良好的回弹性。
这使得TPV在汽车密封件、电子产品外壳等领域得到了广泛的应用。
TPV的制备工艺相对简单,一般采用热塑性橡胶(TPE)的工艺方法。
通过热塑性橡胶的共混工艺,将丙烯、乙烯和二烯单体进行共聚,然后通过挤出、注塑等方法进行成型。
这种制备工艺不仅成本低廉,而且能够生产出各种形状和规格的TPV制品。
TPV在汽车行业中具有广泛的应用。
例如,汽车密封件、减震器、车轮胎等部件都可以采用TPV材料制成,以提高汽车的安全性和舒适性。
此外,TPV还可以用于汽车内饰件的制造,如汽车地毯、方向盘套等。
在电子领域,TPV也有着重要的应用。
由于其良好的耐热性和耐候性,TPV可以用于电子产品的外壳、密封件等部件的制造。
同时,TPV还可以用于电子线缆的保护套,以提高电子产品的使用寿命和安全性。
除此之外,TPV还可以用于医疗器械、家用电器、建筑材料等领域。
例如,TPV可以用于医疗器械的密封圈、软管等部件的制造,以确保医疗器械的安全和可靠性。
在家用电器领域,TPV可以用于电器外壳、密封圈等部件的制造,以提高产品的耐用性和安全性。
在建筑材料领域,TPV可以用于门窗密封条、管道密封圈等部件的制造,以提高建筑材料的耐候性和使用寿命。
综上所述,TPV是一种具有优异的耐热性、弹性和柔韧性的材料,具有广泛的应用前景。
TPV材料特性及应用(一)概念及组成TPV,全称为Thermo-Plastic Vulcanizate,意思是热塑性硫化橡胶。
TPV,通常指的是PP+EPDM共混的聚烯烃合金热塑性弹性体。
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。
(二)基本参数外观:为淡黄色或本白色椭圆形或柱条形颗粒;硬度:40~100A;比重:0.9~0.97;缩水率:1.5~2%;拉伸强度:4~8MPa;断裂伸长率:200~400%;阻燃特性:UL94-HB.(三)独特功能特性TPV的两个组分中,PP为连续相,赋予TPV材料热可塑性。
EPDM橡胶为分散相,赋予TPV橡胶弹性,由于EPDM饱和的分子链结构,且EPDM为交联结构,这使得TPV具有通常的热塑性橡胶TPR不具备的一些特性。
主要如下:a.更优良的耐酸(碱)性TPV在98%浓硫酸中浸泡168小时,主要物性下降不太大。
其延伸率可保持75~80%,拉伸强度可保持80%,撕裂强度可保持70%。
而普通的TPE、TPR,在浓硫酸中浸泡半小时就会被逐渐熔蚀。
b.更优良的耐溶剂(汽油)性TPV在92#汽油中浸泡168小时,撕裂强度提高30~40%,延伸率提高5~10%,拉伸强度甚至提升10~15%。
而普通的TPE、TPR,在汽油中浸泡半小时就会发生溶胀,破坏材料物性。
c.更小的永久压缩变形通常的TPE、TPR,25℃,168小时,压缩永久变形在30~40%;70℃,168小时,压缩永久变形在40~55%TPV,25℃,168小时,压缩永久变形在15%;70℃,168小时,压缩永久变形在30%.d.优良的耐候抗紫外线性能TPV在户外环境可使用5~10年不龟裂、不脆化、不发生明显的性能下降。
而普通的TPE、TPR在户外光照或紫外线条件下,1~3个月就会发生龟裂或脆化。
EVABR热塑性硫化胶的制备、结构及性能研究的开题报告1. 研究背景和意义热塑性硫化胶(TPV)具有良好的弹性、耐热、耐化学腐蚀等性能,在汽车、电子、医疗、建筑等领域有广泛应用。
EVABR是一种新型的热塑性硫化胶,具有较好的力学性能和绝缘性质,但其制备方法和机理还存在很大的不确定性。
因此,对于EVABR热塑性硫化胶的结构和性能研究,对于解决其应用中出现的问题和进一步优化其性能具有重要意义。
2. 研究内容和方法本研究拟以EVABR热塑性硫化胶为研究对象,以纳米级结构探测、成分分析等手段,研究其制备方法和机理,探究不同控制因素对于EVABR热塑性硫化胶结构和性能的影响。
具体研究内容包括:2.1 EVABR热塑性硫化胶的制备方法本研究将以商用EVABR为基础材料,通过不同制备工艺和添加剂,制备高性能的EVABR热塑性硫化胶。
探索不同制备条件下形成的EVABR 热塑性硫化胶的结构差异,为后续的性能研究提供基础。
2.2 EVABR热塑性硫化胶的结构分析本研究将通过原子力显微镜(AFM)、核磁共振(NMR)等手段,分析EVABR热塑性硫化胶的分子结构、分子大小分布等结构特征,以及交联密度、交联分布等性质。
2.3 EVABR热塑性硫化胶的性能分析本研究将采用动态力学分析(DMA)、热分析(TGA、DSC)等手段,对EVABR热塑性硫化胶的力学性能、热性能等进行测量,探究其不同力学性能和热性能参数的变化规律,并分析其可能的影响机理。
3. 预期结果和创新点本研究拟探究EVABR热塑性硫化胶的制备方法和机理,分析其结构和性能特征,并对其可能的应用进行展望。
预期结果如下:3.1 建立合理的EVABR热塑性硫化胶制备工艺和机理,为EVABR热塑性硫化胶的应用提供技术保障。
3.2 揭示EVABR热塑性硫化胶的分子结构和交联特征,为进一步优化其性能提供参考。
3.3 探究EVABR热塑性硫化胶的力学性能和热性能,为其应用于汽车、电子等领域提供科学依据。
热塑性硫化胶(TPV)的结构性能及其应用佘庆彦田洪池韩吉彬陈文泉刘小平(山东道恩北化弹性体材料有限公司,山东龙口100029)1 热塑性弹性体的分类热塑性弹性体(Thermoplastic elastomers,TPE)是一种在常温显示橡胶高弹性,高温下又可进行塑性加工的一类高分子材料,兼有热塑性塑料的加工成型特征和硫化橡胶的弹性,常被人们称为第三代橡胶。
与传统的橡胶材料相比,TPE具有可反复成型,边角料和废弃物可回收利用的特点,因此,TPE成为目前发展速度较快的高分子材料品种之一。
目前,经过多年的开发,TPE品种得到很大的丰富。
通常,按交联性质的不同,主要可分为物理交联型和化学交联型两大类;按高分子链结构特征的不同,主要可分为嵌段聚合物和接枝聚合物两大类;而在商业流通中,习惯按其制备生产方法的不同进行分类,主要分为化学合成法和橡/塑机械共混法两大类(如表1)。
表1 热塑性弹性体(TPE)的种类2 热塑性硫化胶(TPV)的结构及性能特点热塑性硫化胶(Thermoplastic vulcanizate ,TPV )是采用动态全硫化技术制备的一类共混型热塑性弹性体材料,其中动态全硫化是指首先将热塑性树脂与橡胶熔融共混,然后投入交联剂,橡胶相在强烈的机械剪切作用和交联剂的化学交联作用下,被剪切破碎成大量微米级交联橡胶颗粒,分散在热塑性树脂连续相基体中的过程。
因此,TPV 的结构特征不同于高分子合成方法制备的热塑性弹性体(如苯乙烯嵌段共聚型TPE ),而是具有特殊的海-岛相态结构,其结构如图1和图2所示。
其结构具有以下特点:(1)橡胶粒子粒径为1~2μm ,橡胶粒子的交联密度大于7×10-5mol/ml ,粒子内部还含有填充增强剂、增塑剂和其他配合剂。
这些数目众多的细小交联橡胶粒子呈分散相存在,且粒子之间应没有化学键接,从而赋予了TPV 优良的高弹性。
(2)少量的塑料相包覆在交联橡胶粒子周围形成连续相,从而赋予了TPV 优良的热塑流动性和可反复加工性。
TPV材料特性及应用(一)概念及组成TPV,全称为Thermo-Plastic Vulcanizate,意思是热塑性硫化橡胶。
TPV,通常指的是PP+EPDM共混的聚烯烃合金热塑性弹性体。
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。
(二)基本参数外观:为淡黄色或本白色椭圆形或柱条形颗粒;硬度:40~100A;比重:0.9~0.97;缩水率:1.5~2%;拉伸强度:4~8MPa;断裂伸长率:200~400%;阻燃特性:UL94-HB.(三)独特功能特性TPV的两个组分中,PP为连续相,赋予TPV材料热可塑性。
EPDM橡胶为分散相,赋予TPV橡胶弹性,由于EPDM饱和的分子链结构,且EPDM为交联结构,这使得TPV具有通常的热塑性橡胶TPR不具备的一些特性。
主要如下:a.更优良的耐酸(碱)性TPV在98%浓硫酸中浸泡168小时,主要物性下降不太大。
其延伸率可保持75~80%,拉伸强度可保持80%,撕裂强度可保持70%。
而普通的TPE、TPR,在浓硫酸中浸泡半小时就会被逐渐熔蚀。
b.更优良的耐溶剂(汽油)性TPV在92#汽油中浸泡168小时,撕裂强度提高30~40%,延伸率提高5~10%,拉伸强度甚至提升10~15%。
而普通的TPE、TPR,在汽油中浸泡半小时就会发生溶胀,破坏材料物性。
c.更小的永久压缩变形通常的TPE、TPR,25℃,168小时,压缩永久变形在30~40%;70℃,168小时,压缩永久变形在40~55%TPV,25℃,168小时,压缩永久变形在15%;70℃,168小时,压缩永久变形在30%.d.优良的耐候抗紫外线性能TPV在户外环境可使用5~10年不龟裂、不脆化、不发生明显的性能下降。
而普通的TPE、TPR在户外光照或紫外线条件下,1~3个月就会发生龟裂或脆化。
热塑性硫化橡胶性能及用用领域简介热塑性三元乙丙动态硫化弹性体或热塑性三元乙丙动态硫化橡胶(英文Thermoplastic Vulcanizate)又称聚烯烃合金热塑性弹性体,简称为TPV,是高度硫化的三元乙丙橡胶EPDM微粒分散在连续聚丙烯PP相中组成的高分子弹性体材料。
TPV常温下的物理性能和功能类似于热固性橡胶,在高温下表现为热塑性塑料的特性,可以快速经济和方便地加工成型。
TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶将硫化橡胶材料通过动态硫化使三元乙丙橡胶EPDM以低于2微米尺寸的微粒分散在聚丙烯PP塑料基体中,把橡胶与塑料的特性很好的结合在一起,得到综合性能优异的高性能弹性体材料。
一性能简介1、良好的弹性和耐压缩变形性,耐环境、耐老化性相当于三元乙丙橡胶,同时其耐油耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶不相上下。
2、应用温度范围广(– 60—150℃),软硬度应用范围广(25A—54D),易染色的优点大大提高了制品设计的自由度。
3、优良的加工性能:可用注射、挤出等热塑性塑料的加工方法加工,高效、简单易行,无需增添设备,流动性高、收缩率小。
4、绿色环保,可回收使用,且反复使用六次性能无明显下降,符合欧盟环保要求。
TPV塑胶粒子5、比重轻(0.90—0.97),外观质量均匀,表面档次高,手感好。
基于以上性能特点,TPV在广泛的应用领域与传统橡胶材料、其他TPE弹性体(包括TPR\SBS、SEBS、TPU等)材料或PVC 等塑料材料相比,在综合性能和综合成本方面都具备一定的替代优势,从而为制品企业在产品创新、提升产品附加值、提高竞争力方面提供了新的选择。
TPV易于焊接、可重复使用、环保无毒。
TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶的主要特点:1、优异的抗老化性能和良好的耐候、耐热性能;2、优异的抗永久变形性能;3、优异的抗张强度、高韧性和高回弹性;4、优异的环保性能和可重复使用;5、优异的电绝缘性能;6、硬度范围广泛;7、使用温度范围广泛;8、颜色多样化,有全透明、半透明、浅色系列,着色容易,容易加工成型;9、可与PP、PA、PC、ABS、PS、PBT、PET等多种材料共注射或挤出成型。
动态硫化丁基橡胶/尼龙热塑性弹性体的结构与性能优化热塑性硫化胶(Thermoplastic Vulcanizate,简称TPV)是一种由高含量的橡胶相分散在少量塑料相中,通过动态硫化共混技术制备的热塑性弹性体材料。
TPV 同时具有传统交联固化橡胶的优异弹性性能与塑料的加工特性和能够重复回收利用特性,属于“绿色”化工材料。
丁基/尼龙体系特种热塑性弹性体在替代传统轮胎气密橡胶层等领域具有很大优势。
TPV材料优异的性能离不开其独特的相态结构,微观上相态结构的精细程度是获得性能优异TPV的关键。
本课题旨在通过进一步优化IIR/PA热塑性弹性体微观的相态结构,来制备出性能更加优异的IIR/PATPV材料。
通过由BIIR/PPTPV与tPA熔融共混的方法制备出微观相态更加精细的BIIR/PP/tPAtPV。
并对比研究了 BIIR和BIMSM与tPA简单共混物的相容性差异,研究工作成果如下:(1)成功制备出得到不同橡塑比的新型BIIR/PP/tPA体系TPV材料。
发现通过采用低橡胶塑料组成比BIIR/PP-g-MAH体系TPV(橡胶塑料组成比为70/30)材料,制备出的三种不同橡胶塑料组成比的BIIR/PP/tPA体系TPV材料相态结构较为精细,其BIIR橡胶分散相微粒的尺寸大多集中在0.8um至1.3um之间,分布也较为均匀。
BIIR/PP/tPA体系TPV材料相态结构明显好BIIR/tPA体系TPV材料。
(2)与BIIR/tPATPV体系相比,采用低橡胶塑料组成比BIIR/PP-g-MAH体系TPV(橡胶塑料组成比为70/30)材料制备出的BIIR/PP/tPA体系TPV材料在机械力学性能、弹性性能等方面具有明显优势。
在气体阻隔性方面,BIIR/PP/tPA体系TPV材料,虽比BIIR/tPATPV体系略微降低,但较传统纯BIIR气密层仍有显著优势。
(3)不加体系相容剂时,在相同橡胶塑料组成比(70/30)下,BIMSM/tPA体系简单共混物比BIIR/tPA体系简单共混物的相容性更好。
tpv是什么材料
TPV是一种热塑性橡胶,它由丙烯、乙烯和二烯单体共聚而成。
TPV具有橡胶的弹性和柔软性,同时又具有热塑性塑料的加工性能,因此在工业生产中得到了广泛的应用。
本文将从TPV的特性、用途、加工工艺等方面进行介绍,以便更好地
了解TPV是什么材料。
TPV具有优异的耐热性、耐候性和化学稳定性,能够在-60℃至150℃的温度范围内保持良好的物理性能。
同时,TPV还具有良好的耐油、耐酸碱和耐溶剂性能,因此在汽车、电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
TPV还具有优异的弹性
和防震性能,能够有效减少震动和噪音,因此在汽车零部件、工程机械等领域得到了广泛的应用。
在TPV的加工工艺方面,由于其具有热塑性,因此可以采用注塑、挤出、压
延等多种加工工艺进行加工。
TPV在加工过程中能够快速冷却固化,因此生产效
率较高,同时还能够减少能源消耗。
此外,TPV还可以与其他塑料材料进行共混
加工,以满足不同领域的需求。
除此之外,TPV还具有良好的可回收性和可再生性,能够有效降低对环境的影响。
在未来的发展中,TPV将会成为一种重要的环保材料,得到更广泛的应用。
综上所述,TPV是一种具有优异性能和广泛应用前景的热塑性橡胶材料,具有
良好的耐热性、耐候性、耐化学性和良好的加工性能。
在汽车、电子、医疗器械等领域得到了广泛的应用,并且具有良好的可回收性和可再生性,是一种环保型材料。
希望本文能够帮助大家更好地了解TPV是什么材料,以及其在工业生产中的应用
前景。
热塑性硫化胶在交通领域中的应用
黄自华;涂洁;钟铧均;王文志
【期刊名称】《橡胶工业》
【年(卷),期】2012(59)10
【摘要】简介热塑性硫化胶(TPV)的结构和性能及其在交通领域中的应用.TPV具
有良好的耐环境、耐油和耐溶剂性能,具有广阔的应用前景.目前TPV在弹性轨枕的隔离套靴、绝缘缓冲垫板、减震发泡垫板、地铁弹性垫板、高速车风挡、汽车手刹护套、汽车安全气囊盖、汽车挤出级点火线、汽车挡泥板和防尘罩等领域广泛应用,且效果良好.
【总页数】5页(P635-639)
【作者】黄自华;涂洁;钟铧均;王文志
【作者单位】株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007;株洲时代新材
料科技股份有限公司,湖南株洲412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007
【正文语种】中文
【中图分类】TQ334;TQ330.1+2
【相关文献】
1.超级热塑性硫化胶对传统热塑性硫化胶的挑战 [J],
2.硫化剂用量对低硬度动态硫化溴化丁基橡胶/聚丙烯热塑性硫化胶性能的影响 [J], 王芳;朱旭;刘超栋
3.硫化体系对动态硫化NBR/PA6热塑性硫化胶性能的影响 [J], 张世甲;伍社毛;张立群
4.聚乙烯和丁苯橡胶基热塑性硫化胶——未动态硫化共混胶 [J], 王象民(编译);
5.动态硫化工艺对MVQ/TPU热塑性硫化胶性能的影响 [J], 崔子文;景元蓉;刘广永
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TPV材料特性及应用TPV(Thermoplastic vulcanizate)即热塑性硫化橡胶,是一种由热塑性树脂基体和硫化橡胶相结合的高性能材料。
TPV具有以下特性:1.良好的耐热性:TPV可以长时间承受高温环境而不失去其性能。
一般而言,TPV的耐热温度可达140°C以上,部分特殊的TPV甚至可以耐受更高的温度。
2.优异的弹性:TPV具有优异的弹性恢复能力,可以在变形后迅速恢复到原来的形状。
这使得TPV在高动态负荷下具有出色的抗拉伸、抗切割和抗冲击性能。
3.良好的耐候性:TPV具有良好的耐候性,可以在户外环境中长期稳定地使用。
它不易受到紫外线、氧气、湿气等因素的影响,不会变脆或出现龟裂。
4.优秀的化学稳定性:TPV具有优秀的耐化学腐蚀性能,可以在酸、碱、油、溶剂等各种化学介质中长期使用而不受损。
5.易加工性:TPV具有良好的热塑性,可以通过注塑、挤出、吹塑等传统的塑料加工方法进行加工。
而且,与其他橡胶材料相比,TPV的工艺稳定性更佳,不易变形或产生气泡。
TPV的应用领域非常广泛,具有以下几个典型的应用:1.汽车行业:TPV因其优秀的耐热性、抗切割性和耐候性,被广泛应用于汽车密封件、悬挂垫、橡胶管和线束等零部件制造。
2.电子电器领域:TPV可以制造抗静电、抗震动、防滑、防震和耐磨损的电子电器部件,例如电线绝缘套管、电子插头和连接器等。
3.医疗器械领域:TPV具有良好的生物相容性和耐溶液性,可以用于制造医疗器械配件、手柄、橡胶密封件和导管等。
4.工程建筑领域:TPV可以制造耐候、耐磨、耐油、耐紫外线等性能优异、长寿命的工程构件,例如管道、管件、胶带和固定件等。
总的来说,TPV以其独特的材料特性在多个领域得到广泛应用,并且随着技术的不断进步,TPV材料的性能和应用领域还将进一步拓展。
热塑性硫化橡胶(TPV)的加工和应用TPV的前世今生热塑性弹性体(TPE)兼具传统橡胶的高弹性能和树脂的热塑加工性能,能够利用现有的树脂加工设备和加工方法(如压延、注射、吹塑等)进行橡胶制品制造,更重要的是,它能够像树脂一样实行多次加工并被回收和再利用,可极大地满足低能耗加工、多样化加工、精密加工、可重复加工的要求,是橡胶发展的重要方向,也是解决橡胶加工和橡胶回收再利用的最好途径。
TPE的制备方法有化学合成法和共混法。
共混法利用现有的橡胶和树脂品种,进行合理搭配生产多种热塑性弹性体,是一种极具竞争力的制备方法。
共混法分为简单共混法和动态全硫化法,目前以后者为主。
用动态全硫化技术制造的TPE常称作热塑性硫化橡胶(TPV),同目前的2类合成型热塑性弹性体相比,具有品种多、性能广、耐热温度高、耐老化性能优异、高温压缩永久变形小、尺寸稳定性优异、性能更接近传统硫化橡胶等特点。
1TPV的加工流变性能由于TPV材料的形态是由完全交联的橡胶粒子均匀地分散在热塑性树脂基体中所构成的,决定了它像填充的聚合物熔融体,可在较宽条件下,应用传统的树脂加工设备和工艺进行加工。
TPV表现出显著的非牛顿流体特性,在较宽范围内粘度与剪切速率服从幂律关系,在模压或压延成型、挤出、吹塑直到注射成型中均有良好的加工性能。
如在低剪切速率下的高熔融粘度,为挤出和吹塑制品提供了必要的熔体强度,确保了制品的尺寸稳定性。
对于注射制品,因高注射剪切速率下粘度低,注模迅速完全。
模注满后,由于剪切速率降低而使粘度大大增加,制品很容易从模中取出。
对于厚零件也能在极短的注射成型周期完成,而不产生大的变形。
TPV熔融体的粘度随温度变化不大,在较宽的加工温度范围内,可实现熔体流动的均匀性。
TPV模口膨胀率低且均匀,大大简化了对挤出和吹模口型的调整。
但是由于大多数TPV有一定的吸湿性,为了避免少量水分对生产的影响,应在60一90℃下干燥2一3h。
2TPV成型工艺2.1中空成型中空成型是树脂特有的成型方法,一般的硫化橡胶成型不能应用,而TPV材料可采用这种方法。
热塑性硫化胶的制备与性能TPV的制备TPE是在常温下显示橡胶高弹性、高温下又能塑化成型的高分子材料,其制备方法有化学合成法和共混法。
共混法是指利用现有的橡胶和树脂品种进行合理的搭配,生产出多种TPE。
共混法分为简单共混法与动态硫化共混法,由于采用简单共混制备的共混型TPE在耐热、耐溶剂、耐压缩永久变形等性能方面存在局限,难以制得高性能的TPE,因而目前主要以动态硫化共混为主。
动态硫化是指在橡胶与热塑性塑料熔融共混过程中使橡胶硫化的方法, 即在低比例的热塑性塑料基体中混人高比例橡胶, 熔融共混过程中硫化剂使橡胶“就地”产生化学交联,共混体受混炼机械的高速剪切应力作用,橡胶被硫化成交联的颗粒,也称微区,分散在树脂中,这种交联了的橡胶微区主要提供共混体的弹性,树脂则提供熔融温度下的塑性流动,换言之,提供热塑成型性。
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%。
TPV材料在微观上呈现独特的海-岛相态结构,即使橡胶含量较多,但充分交联了的橡胶仍会以颗粒状分散于树脂基体中呈分散相。
TPV的海-岛相态结构形成机理可概括如下:在制备过程中,共混体系中的橡胶在交联剂的作用下发生硫化反应,由于硫化是在共混过程中进行的,发生硫化的橡胶不能像静态硫化那样形成整体的橡胶型网络结构,而会因机械剪切力的作用使硫化形成的体型网络遭到破坏,使交联程度很深的橡胶被打碎成非常小的粒子。
但这些小粒子内部仍是交联网络结构,橡胶分子链间因化学键的生成而大大加强了作用力,相对滑移受到限制,橡胶组分的流动性大大下降。
同时橡胶粒子中交联的弹性风格因剪切应力的作用而被迫呈伸直状态。
而没有发生硫化的树脂分子却有自由运动的独立性,分子间能发生相对滑移,有很好的流动性。
当温度降低,剪切力消失时,交联分子进行弹性恢复,使橡胶粒子发生收缩、凝聚,从而使本就因交联而导致其流动性大大降低的橡胶以颗粒的形式冻结在树脂基体中,呈分散相。
热塑性硫化胶(TPV)的结构性能及其应用佘庆彦田洪池韩吉彬陈文泉刘小平(山东道恩北化弹性体材料有限公司,山东龙口100029)1 热塑性弹性体的分类热塑性弹性体(Thermoplastic elastomers,TPE)是一种在常温显示橡胶高弹性,高温下又可进行塑性加工的一类高分子材料,兼有热塑性塑料的加工成型特征和硫化橡胶的弹性,常被人们称为第三代橡胶。
与传统的橡胶材料相比,TPE具有可反复成型,边角料和废弃物可回收利用的特点,因此,TPE成为目前发展速度较快的高分子材料品种之一。
目前,经过多年的开发,TPE品种得到很大的丰富。
通常,按交联性质的不同,主要可分为物理交联型和化学交联型两大类;按高分子链结构特征的不同,主要可分为嵌段聚合物和接枝聚合物两大类;而在商业流通中,习惯按其制备生产方法的不同进行分类,主要分为化学合成法和橡/塑机械共混法两大类(如表1)。
表1 热塑性弹性体(TPE)的种类2 热塑性硫化胶(TPV)的结构及性能特点热塑性硫化胶(Thermoplastic vulcanizate ,TPV )是采用动态全硫化技术制备的一类共混型热塑性弹性体材料,其中动态全硫化是指首先将热塑性树脂与橡胶熔融共混,然后投入交联剂,橡胶相在强烈的机械剪切作用和交联剂的化学交联作用下,被剪切破碎成大量微米级交联橡胶颗粒,分散在热塑性树脂连续相基体中的过程。
因此,TPV 的结构特征不同于高分子合成方法制备的热塑性弹性体(如苯乙烯嵌段共聚型TPE ),而是具有特殊的海-岛相态结构,其结构如图1和图2所示。
其结构具有以下特点:(1)橡胶粒子粒径为1~2μm ,橡胶粒子的交联密度大于7×10-5mol/ml ,粒子内部还含有填充增强剂、增塑剂和其他配合剂。
这些数目众多的细小交联橡胶粒子呈分散相存在,且粒子之间应没有化学键接,从而赋予了TPV 优良的高弹性。
(2)少量的塑料相包覆在交联橡胶粒子周围形成连续相,从而赋予了TPV 优良的热塑流动性和可反复加工性。
图1 TPV 结构示意图图2 TPV 的扫描电镜照片 上述的特殊海-岛相态结构决定了TPV 材料具有优良的综合性能,使其成为传统热固性橡胶的一种理想替代材料。
与传统热固性橡胶相比,TPV 不仅具有热固性橡胶的高弹性和使用性能,而且,打破了热固性橡胶的成型方法和回收方法,可采用塑料的各种成型方法进行成型价格,且可以方便地进行回收再利用。
TPV 的性能特点总结如下:(1)兼具热塑性塑料加工便利性和热固性橡胶的高弹性;(2)免硫化,制品成型工艺简单,大大降低了能耗;(3)性能范围宽广,硬度范围从邵氏25A~50D ,应用温度范围从-60℃~140℃。
低硬度TPV (邵氏A95以下)性能更接近于橡胶,高硬度TPV (邵氏A95以上)性能更接近于韧性塑料;(4)材料可反复回收利用,大大节约了资源,保护了环境;(5)同物理交联型TPE (如SBS )相比,TPV 中的橡胶相属于化学交联,因此TPV 具有优良的耐热性能和耐老化性能。
此外,TPV制品还具有良好的外观手感及气味。
3 热塑性硫化胶(TPV)在汽车系统的应用3.1 通用型TPV在汽车系统的应用TPV的最大应用领域为汽车配件制造行业,汽车配件具有种类多、总量大的特点,而TPV 可采用多种加工手段(如挤出、共挤出、注塑等)来满足不同制品的要求,目前得到广泛应用的主要为EPDM/PP TPV和NBR/PP TPV两大类。
随着汽车向高性能(高速、安全、舒适、节能、环保)、长寿命及轻量化发展,汽车部件特别是汽车密封系统、发动机系统等采用TPV 取代传统的热固性硫化胶的呼声越来越高。
TPV在汽车密封系统的应用有挡风玻璃密封条、侧边反射镜的密封、遮阳篷的密封材料等;在汽车发动机系统的应用包括空气通风管、软管、防护罩、防震座垫、轴套等。
在其他汽车部件的应用有刹车部件(皮碗、皮圈)和消音部件等。
目前,在轿车应用领域,EPDM/PP TPV正以每年16%增长速度取代传统热固性橡胶。
通常,按照国际上通用的部件分类方法,TPV主要应用范围主要有如下几类:耐候性密封件:包括动态密封件和静态密封件。
动态密封件有车门密封、车窗玻璃密封、车灯密封及各种边角的特殊密封等;静态密封件有风挡玻璃密封、边窗密封、顶棚密封等。
热塑性硫化胶TPV在汽车密封系统的表现如图3所示。
图3 热塑性硫化胶TPV在汽车密封系统的表现车厢内部件:主要是轿车车厢内部的各种部件,有各种把手与手柄,如档位手柄、窗户摇柄、门把手等;插头、插座、托盘等。
其最大的特殊要求是针对产品气味的,因为在车厢内对制件严格要求无味。
另外在着色性能上也要求较高。
由于制件形状的特殊性,多数车厢内部件是通过注塑生产的。
车辆外部件:外部件主要是指乘客车厢以外的部分所使用的弹性体制件,如油箱密封件,前扰流器、整流罩风门片、后视镜衬垫、车灯密封件、燃油进口盖、挡泥板等。
因为大多是户外制件,所以一般对耐候性要求很高。
3.2 新型功能化TPV在汽车系统的应用功能化TPV的开发进一步拓展了其在汽车系统领域的应用,也充分体现了TPV材料在汽车系统应用中的优势。
目前,我们已成功开发了以下几类产品:汽车玻璃导槽产品:该密封件主要在半动态状态下应用,即车窗关闭时密封唇处于抑制状态,而在车窗打开时这抑制状态得以释放直至下一次车窗关闭。
该部件可采用刚性PP作为实心底部(便于装配)与柔软低摩擦覆涂的TPV密封唇进行共挤,制备具有较低滑动系数,无摩擦吱叫声,低硬度、外观漂亮且环保的滑槽涂覆产品。
为确保汽车门上的玻璃窗能够顺滑地上下移动,必须在所有动态密封唇使用低摩擦涂层,目前主要采用的方案有:利用静电箱进行轴向纤维植绒;喷涂或共挤特种涂泥釉材料。
特种涂泥釉材料(低摩擦、滑动涂覆级TPV)的开发显示,在提供优良的耐磨性的同时可以设计最低摩擦系数(COF)。
TPV 作为汽车密封新材料,还具有其它材料无法相媲美的特性,它可通过注塑的手段直接与硬质塑料结合在一起,大大节省了传统橡胶制品与硬质塑料粘胶接合时间和省装配时间,大大降低了生产成本。
TPV的水发泡技术:该技术被认为最具挑战性的取代应用技术,传统的汽车发泡零部件大多采用EPDM化学发泡。
TPV水发泡的产品具有良好的表面光洁度、低吸水,而且可以在轻、软以及压力变形之间取得最佳效果,并可进行无折痕设计。
产品主要有水发泡行李箱密封条、软发泡密封条、车门发泡海绵等。
当然水发泡对设备的要求很高,价格也很贵。
目前我们已经开发出化学发泡体系的TPV及其相应的配方体系和工艺,可以实现采用普通的单螺杆挤出发泡。
汽车高压阻燃点火线产品:目前,我们开发的阻燃级TPV,其阻燃抗电压击穿级别可以达到35KV,阻燃级别为V-0级。
由于该类产品可采用挤出成型加工,使得生产效率得到了极大提高。
4 TPV在工业用品的应用建筑行业是目前TPV应用中的另一个重要要领域。
目前主要用于以下几个方面:门窗密封部件、高档建筑天顶防水材料、建筑、道路、桥梁伸缩缝、污水管密封等。
建筑业之所以选择TPV,主要有以下几个原因:①抗压缩变形性,和其他弹性体相比,TPV即使是在高温下也能保持更高百分率的原有形状。
TPV具有极低的收缩率,低于一般柔软性的PVC。
②抗疲劳性,在门缝及动力密封部位的应用上,TPV在-60℃~100℃下经过上百万次的屈挠也不会破裂。
③低温下的柔韧性,TPV在低于-60℃仍能保持它在动力部件中的柔韧性。
这对中国北方建筑有着重要的意义。
④极高的UV稳定性,TPV对UV的稳定性(物理机械性能和颜色转变)是其他弹性体不可媲美的。
⑤优良的装配性,TPV可以实现双硬度的外形及封条角位的热力焊接,TPV还能坚固地粘合于PP和PE等物料上,这可提供一种强大及抗撕裂的粘合作用。
TPV在电子电气领域也得到了广泛的应用,主要有以下几个方面:电池壳、电线电缆绝缘层及护套,矿山电缆、马达轴、变压器外壳,船舶、矿山、钻井平台、核电站及其它设施的电力电缆线的绝缘层及护套,数控同轴电缆,无线电话机外壳,电气脚垫、手把产品,插座、插头等。
TPV在电子电气行业的应用主要有以下优点:①TPV可以挤塑生产,生产效率和产品效率高;②TPV生产数控同轴电缆,尺寸稳定,信号损失小,传输质量优良;③TPV的绝缘性能优异;④TPV可以保护电子产品震动受损。
此外,PP/EPDM TPV密封制品还应用于航运集装箱上,在国际运输使用集装箱密封行业,属行业规定使用的产品。
这主要是因为TPV的使用寿命长,可回收循环使用,对环境友好,综合性能良好,更重要的是TPV动态和静态密封性能优异,能够满足集装箱部件使用环境要求。
5 TPV在消费用品上的应用目前,TPV在消费用品也得到了广泛的应用,主要有如下几个领域:剪刀、牙刷、钓鱼竿、运动器材、厨房等用品的把柄,手电筒外壳,儿童玩具、玩具轮胎,高尔夫袋,计量匙握把、耐热玻璃容器盖,键盘,食品、饮料、化妆品、卫生浴用品的包装,医疗用品的包装,手工具、电动工具、除草机及园艺设备,轮子、握把、蜂鸣器、管件、皮带、接头的软质零件,注射针塞、静脉管组件与药瓶塞、奶瓶嘴、奶嘴、心电击器、ECG监视器用电缆套管、雷射手术笔等。
消费用品领域之所以越来越多使用TPV,主要是因为:①可以降低制成部件的成本,TPV密度较轻,每个部件的材料用量可减至30%。
此外,TPV加工过程中产生的废料可循环使用。
②与部件性能相配的外观,TPV部件外观精美,不发粘、不脆裂,并且具有舒适的手感。
③复杂部件设计简单,可以使用多种不同硬度的TPV制备具有在不同部位有不同硬度要求的部件。
6 结束语总的来说,TPV有着广阔的应用前景。
随着高分子材料加工设备的不断进步和增容技术手段的提高,越来越多的共混体系可以采用动态硫化技术进行加工,这必将会导致一系列性能优良、成型加工方便、设计灵活的热塑性硫化胶出现,传统的硫化橡胶应用领域将越来越多地被热塑性硫化胶所取代,TPV在工业领域和生活消费领域的应用必将得到更为迅猛的发展。