TPE 熱塑性彈性體的制備及其性能研究

肖紅杰，梁國偉，梁國超

（廣東祥利塑料有限公司，廣東 云浮 527400）

引言

熱塑性彈性體作為一種高分子材料，不僅具備橡膠的特性，而且還具有塑料的特性。在實際制備過程中熱塑性彈性體的工藝簡單，與傳統(tǒng)的橡膠的配方及加工過程相比存在極大的優(yōu)越性；而且熱塑性彈性體的制備成型工藝非常短。同時，可對熱塑料制備過程中的廢料進(jìn)行再回收利用，在很大程度上減少了對環(huán)境的污染[1]。總的來講，熱塑性彈性其本身兼顧橡膠和塑料特性的同時，在滿足日常生產(chǎn)中對該種特種材料特性，其制備工藝、周期以及經(jīng)濟(jì)效益等均處于相對優(yōu)越的條件。本文將重點對熱塑性彈性體材料制備展開研究，并對其相關(guān)性能進(jìn)行測試。

1 熱塑性彈性體的制備及測試方法

所謂熱塑性彈性體指的是在常溫條件下表現(xiàn)為橡膠的特性，而在高溫條件下又呈現(xiàn)塑化成型材料特性的材料。針對基于動態(tài)硫化技術(shù)制備熱塑性彈性體展開研究。與常規(guī)橡膠材料相比，熱塑性彈性體材料的加工配方簡單，可通過傳統(tǒng)的制備塑料的工藝或方式直接制備而成[2]。雖然，當(dāng)前針對熱塑性彈性體的研究已經(jīng)相對成熟；但是，針對其研究細(xì)節(jié)包括有結(jié)晶行為、動態(tài)力學(xué)性能以及形態(tài)結(jié)構(gòu)等方面的研究還比較欠缺。

1.1 熱塑性彈性體的制備原料

根據(jù)熱塑性彈性體的制備原理，其涉及到原料包括有：EPMD 4551A、辛基酚醛硫化樹脂、氧化鋅、硬脂酸、氯化鋅、熔體流動速率為1 g/10min 的PP EPS30R、熔體流動速率為10 g/10min 的PP179 以及熔體流動速率為20 g/10min 的PP7726H。

根據(jù)熱塑性彈性體的制備原理，其涉及到的關(guān)鍵設(shè)備及其型號，如表1 所示。

表1 熱塑性彈性體制備設(shè)備名稱及型號

熱塑性彈性體制備工藝流程：

1）制備母煉膠：以氧化鋅和硬脂酸為原料合成制備成氯化鋅，此環(huán)節(jié)所采用的設(shè)備的開煉機(jī)；

2）混煉工序：將PP 和防老劑添加至密煉機(jī)中，并將密煉機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為80 r/min，在此工藝下密煉10 min；而后在其中加入（1）制備而成的母煉膠，并對其混合反應(yīng)5 min；

3）將混煉工藝制備而成的產(chǎn)物進(jìn)行動態(tài)硫化操作；

4）將混煉工藝制備而成的產(chǎn)物進(jìn)行動態(tài)硫化操作，并將平板硫化機(jī)的作用下依次經(jīng)過預(yù)熱、加壓以及冷壓等操作后制備而后才能熱塑性彈性體[3]。其中，預(yù)熱過程的時間為10 min，加壓過程的時間為5 min，冷壓過程的時間為10 min。

1.2 熱塑性彈性體的性能測試

對上述制備而成的熱塑性彈性體的性能進(jìn)行測試，重點對熱塑性彈性體開展硬度測試、拉伸測試、撕裂測試以及平板模壓硫化測試等。涉及到的熱塑性彈性體性能測試儀器如表1 所示中的邵氏橡膠硬度、橡膠厚度計、電子拉力計等。注意：各項測試必須依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

2 熱塑性彈性體的性能研究

本節(jié)將對制備過程中關(guān)鍵工藝對最終制備而成熱塑性彈性體的影響機(jī)理展開研究，其中重點對酚醛樹脂、氯化鋅的用量、像塑比、動態(tài)硫化時間以及剪切速率等對熱塑性彈性體的力學(xué)性能進(jìn)行對比。

2.1 酚酸樹脂及氯化鋅用量對熱塑性彈性體的力學(xué)性能的影響

在其余原料用量一致的情況下，分別對酚酸樹脂與氯化鋅用量為3 g/0.3 g、4 g/0.4 g、5 g/0.5 g 三種情況下對應(yīng)制備而成熱塑性彈性體的力學(xué)性能進(jìn)行對比。其余原料的用量如下：EPDM 用量為100 g，氧化鋅用量為2.5 g，硬脂酸用量為0.5 g，防老劑用量為0.5 g 等。

對應(yīng)不同酚醛樹脂及氯化鋅用量制備而成熱塑性彈性體力學(xué)性能測試結(jié)果，如表2 所示。

表2 酚醛樹脂及氯化鋅用量對應(yīng)熱塑性彈性體力學(xué)性能對比

如表2 所示，對于不同酚醛樹脂及氯化鋅用量下所制備而成的熱塑性彈性體的力學(xué)性能綜合分析得出如下結(jié)論：

1）對于熱塑性彈性體的拉伸強(qiáng)度而言，隨著酚醛樹脂和氯化鋅用量的增加，對應(yīng)其拉伸強(qiáng)度增加，但是增加幅度較??；

2）對于熱塑性彈性體的撕裂強(qiáng)度而言，隨著酚醛樹脂和氯化鋅用量的增加，對應(yīng)其撕裂強(qiáng)度減??；

3）對于熱塑性彈性體的邵氏硬度而言，隨著酚醛樹脂和氯化鋅用量的增加，對應(yīng)其邵氏硬度相差不多；

4）對于熱塑性彈性體的拉斷伸長率而言，隨著酚醛樹脂和氯化鋅用量的增加，對應(yīng)其拉斷伸長率出現(xiàn)明顯的衰減狀態(tài)[4]。

綜上所述，為保證最終制備所得的熱塑性彈性體的力學(xué)性能優(yōu)越，綜合對比表2 中的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度以及拉斷伸長率等指標(biāo)，最終確定最佳的酚醛數(shù)值用量為3 g，對應(yīng)的氯化鋅用量為0.3 g。

2.2 不同橡塑比熱塑性彈性體的力學(xué)性能的影響

在其余原料用量一致的情況下，分別對橡塑質(zhì)量比為75 g/25 g、70 g/30 g、65 g/35 g、60 g/40 g和50 g/50 g五種情況下對應(yīng)制備而成熱塑性彈性體的力學(xué)性能進(jìn)行對比。力學(xué)性能測試結(jié)果，如表3 所示。

綜合分析表3 中不同橡塑比制備而成功的熱塑性彈性體的力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)：隨著橡塑比的減小，對應(yīng)的各項力學(xué)性能呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，且每項力學(xué)性能的拐點均位于橡塑比為60/40 g 的位置[5]。

表3 不同橡塑比對應(yīng)熱塑性彈性體力學(xué)性能對比

綜上所述，為確保最佳熱塑性彈性體的力學(xué)性能，應(yīng)將橡塑比確定為60/40 g。

同理在上述研究方式下，得出其他參數(shù)對熱塑性彈性體力學(xué)性能的影響機(jī)理，最終得出對應(yīng)熱塑性彈性體的最佳工藝參數(shù)，如表4 所示。

表4 熱塑性彈性體力學(xué)性能最佳工藝參數(shù)

3 結(jié)語

熱塑性彈性體材料為兼顧橡膠和塑料性能的新型材料，該種材料以其制備工藝簡單、成本低以及對環(huán)境污染小等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。本文重點針對制備熱塑性彈性體材料的工藝流程、原材料用量以及工藝參數(shù)等對其力學(xué)性能的影響展開研究，最終得到最佳制備參數(shù)?？偨Y(jié)如下：

1）制備熱塑性彈性體材料的最佳橡塑比為60 g/40 g，最佳的酚醛數(shù)值用量為3 g，對應(yīng)的氯化鋅用量為0.3 g。

2）制備熱塑性彈性材料的最佳工藝參數(shù)如下：動態(tài)硫化時間為10 min，混煉溫度為180 ℃，剪切速率為80 r/min。