第四章橡膠與彈性體材料

1、第四章 橡膠與彈性體材料,第四節(jié) 熱塑性彈性體4.1 定義與分類4.2 共聚型熱塑性彈性體4.3 熱塑性硫化膠（TPV）,4.1 定義與分類, 定義熱塑性彈性體是指在常溫下具有橡膠的彈性，高溫下具有可塑化成型的一類彈性體材料。熱塑性彈性體可以采用類似熱塑性樹(shù)脂的加工工藝來(lái)反復(fù)加工和回收再利用。,最早商業(yè)化的熱塑性彈性體（TPE）是20世紀(jì)50年代開(kāi)發(fā)出的聚氨酯熱塑性彈性體；20世紀(jì)70～90年代，是TPE迅速發(fā)展的階段；T

2、PE的發(fā)展受到熱塑性樹(shù)脂和彈性體材料兩大領(lǐng)域的共同關(guān)注。, 分類,按照制備方法來(lái)分類,4.2 共聚型TPE,共聚TPE的結(jié)構(gòu)特征苯乙烯共聚TPE聚氨酯共聚TPE乙烯-辛烯共聚TPE, 共聚型TPE的結(jié)構(gòu)特征共聚型TPE是采用嵌段共聚的方式將柔性鏈（軟段）同剛性鏈（硬段）交替連接成大分子。, 苯乙烯共聚熱塑性彈性體1. 結(jié)構(gòu)苯乙烯類嵌段共聚型熱塑性彈性體的結(jié)構(gòu)為S—D—S。S為聚苯乙烯硬段，其聚集微區(qū)為無(wú)定形玻璃態(tài)——物理交聯(lián)

3、點(diǎn)；D為聚二烯烴或氫化聚丁二烯軟段，在常溫下處于高彈態(tài)——提供橡膠的彈性。,常見(jiàn)的三種苯乙烯類熱塑性彈性體,SBS,SIS,SEBS,2. 性能苯乙烯的含量對(duì)SBS類的性能有最重要的影響。隨S段含量的提高： 硬度、強(qiáng)度 彈性,,,硬度在邵A20～邵D60與SBR具有類似的力學(xué)性能SBS上存在雙鍵，耐熱氧老化性不好。氫化后得到的SEBS是飽和的，耐熱氧老化性好。SBS耐水和極性溶劑，不耐非極性溶劑。,SBS在使用

4、溫度超過(guò)70oC時(shí)，壓縮永久變形就會(huì)明顯增大。3. 應(yīng)用苯乙烯類TPE是目前使用量最大的TPE，1999年時(shí)的使用量達(dá)660萬(wàn)噸。苯乙烯類TPE主要應(yīng)用于使用溫度低于70oC且對(duì)耐油性無(wú)要求的場(chǎng)合。目前苯乙烯類TPE的最主要用途是制作鞋底材料；塑料和橡膠的改性；SBS瀝青改性用于高等級(jí)的公路路面；密封劑和膠黏劑。, 聚氨酯共聚熱塑性彈性體（TPU）1. 結(jié)構(gòu)TPU由二異氰酸酯和聚醚或聚酯多元醇以及低分子量二元醇類擴(kuò)鏈劑反應(yīng)

5、而的。,氨基甲酸酯鏈段（硬段）間可形成氫鍵——硬段的聚集微區(qū)呈結(jié)晶態(tài)。,2. 性能由于物理交聯(lián)點(diǎn)為結(jié)晶微區(qū)——TPU具有優(yōu)異的力學(xué)性能（25～70MPa）、耐磨性、抗撕裂性能。耐非極性溶劑、但不耐水和極性溶劑；最高使用溫度為120oC——硬段結(jié)晶熔點(diǎn)。聚酯型TPU具有更好的力學(xué)強(qiáng)度和耐磨性、耐非極性溶劑性；聚醚型TPU具有更好的彈性、低溫性能、熱穩(wěn)定性、耐水性和耐生物降解性。,3. 應(yīng)用TPU主要應(yīng)用于耐磨制品——小型實(shí)心胎、鞋

6、底等。高強(qiáng)度耐油制品——輸油軟管。高強(qiáng)高模量制品——汽車儀表盤(pán)。但TPU的摩擦系數(shù)很低——牽引力低，不適合制造汽車輪胎。, 乙烯-α-辛烯共聚熱塑性彈性體（POE）1. 結(jié)構(gòu)該TPE是通過(guò)乙烯與α辛烯在茂金屬催化劑的催化下定向共聚而成的具有特殊序列分布的聚烯烴共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer的縮寫(xiě)。辛烯共聚單體在分子鏈上均勻分布，其質(zhì)量含量>20%wt。引入少量的辛烯破壞了與其相鄰接碳的結(jié)晶

7、，形成具有無(wú)定形結(jié)構(gòu)的彈性區(qū)；剩余的PE微結(jié)晶區(qū)起到了物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。,POE的分子量分布窄，分子量分布系數(shù)<2，力學(xué)性能較好。一定量的辛烯長(zhǎng)支鏈——加工性能良好。2. 性能POE的性能主要受辛烯含量和分子量的影響。,POE為全飽和分子鏈——耐天候老化、耐紫外線性能優(yōu)異。POE的力學(xué)性能良好。POE主鏈的特性與PE類似——良好的絕緣性和耐化學(xué)介質(zhì)性。但耐熱性低——永久變形大。通過(guò)部分交聯(lián)的方式可以改善。3. 應(yīng)用

8、替代EPDM制造防水卷材，耐候性更好。微交聯(lián)的POE——高耐候電纜料。POE還可以用于PP的增韌改性劑，在提高韌性的同時(shí)，強(qiáng)度和加工性犧牲較小。,4.3 熱塑性硫化膠（TPV）,TPV的結(jié)構(gòu)特征動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)平臺(tái)與原理TPV的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系TPV的應(yīng)用,大量高度交聯(lián)的橡膠粒子呈分散相結(jié)構(gòu)，粒徑為1~2μm，賦予TPV具有硫化橡膠的高彈性少量塑料相(如20%)包覆在交聯(lián)橡膠粒子周圍形成連續(xù)相，賦予TPV具有塑料一樣的熱塑流動(dòng)性

9、和可反復(fù)加工性交聯(lián)橡膠粒子內(nèi)部成份復(fù)雜，包含交聯(lián)劑、填料 、增塑劑、防老劑、偶聯(lián)劑等,SEM照片, 結(jié)構(gòu)特征, 動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)平臺(tái)與原理聚合物共混相態(tài)行為——軟包硬規(guī)律。大量的橡膠（含有交聯(lián)劑）與少量塑料機(jī)械混合，橡塑比可超過(guò)80：20。剛開(kāi)始時(shí)塑料為分散相，橡膠為連續(xù)相。但在共混過(guò)程中，橡膠同時(shí)發(fā)生原位交聯(lián)反應(yīng)，黏度大增，在機(jī)械剪切力的作用下被破碎為微米級(jí)的顆粒。同時(shí)發(fā)生相反轉(zhuǎn)，塑料變?yōu)檫B續(xù)相，交聯(lián)橡膠微粒變?yōu)榉稚⑾?。TP

10、V是Thermoplastic Vulcanizate的縮寫(xiě)。9種橡膠和11種塑料共混體系,科學(xué)原理：“共混物粘度比可在一定程度上控制其相形態(tài)”的流變學(xué)原則, TPV的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系交聯(lián)的橡膠顆粒為分散相——高彈性、低壓縮永久變形；塑料薄層將交聯(lián)的橡膠顆粒包裹起來(lái)，形成連續(xù)相——高彈性，低硬度。TPV是性能最接近熱固性橡膠的熱塑性彈性體。TPV具有優(yōu)異的耐疲勞性能，遠(yuǎn)超過(guò)普通橡膠。性能范圍寬廣。,高性能TPV的本質(zhì)特征：高

11、彈性、優(yōu)良的熱塑流動(dòng)性和可反復(fù)加工及使用性能。, TPV的應(yīng)用TPV具有良好的熱塑性加工性——代替熱交聯(lián)橡膠制造形狀復(fù)雜的彈性體制品，大大提高生產(chǎn)效率。1. 30％～40％用于替代EPDM制造汽車配件,2. 10～15％用于制造電子電氣上的絕緣材料,3. 10％土木建筑業(yè),4. 其它各種形狀復(fù)雜的彈性體制品。,作業(yè),與傳統(tǒng)熱固性橡膠相比，熱塑性彈性體有何優(yōu)點(diǎn)？試用示意圖比較熱固性橡膠、共聚型TPE與共混型TPE在微觀結(jié)構(gòu)上的區(qū)別？