橡胶与弹性体材料课件

第四章第四章 橡胶与弹性体材料橡胶与弹性体材料第四节第四节 热塑性弹性体热塑性弹性体n n4.1 定义与分类n n4.2 共聚型热塑性弹性体n n4.3 热塑性硫化胶（TPV）第四章 橡胶与弹性体材料第四节 热塑性弹性体14.1 定义与分类定义与分类 定义定义n n热塑性弹性体是指在常温常温下具有橡胶的弹性橡胶的弹性，高温高温下具有可塑化成型可塑化成型的一类弹性体材料。n n热塑性弹性体可以采用类似热塑性树脂的加工工艺来反复加工和回收再利用回收再利用。4.1 定义与分类 定义2n n最早商业化的热塑性弹性体（TPE）是20世纪50年代开发出的聚氨酯热塑性弹性体；n n20世纪7090年代，是TPE迅速发展的阶段；n nTPE的发展受到热塑性树脂和弹性体材料两大领域的共同关注共同关注。最早商业化的热塑性弹性体（TPE）是20世纪50年代开发出的3 分类分类按按按按照照照照制制制制备备备备方方方方法法法法来来来来分分分分类类类类共聚型共聚型共聚型共聚型TPETPE共混型共混型共混型共混型TPETPE聚氨酯类聚氨酯类聚氨酯类聚氨酯类苯乙烯类苯乙烯类苯乙烯类苯乙烯类聚烯烃类聚烯烃类聚烯烃类聚烯烃类聚酯类聚酯类聚酯类聚酯类聚酰胺类聚酰胺类聚酰胺类聚酰胺类简单共混型简单共混型简单共混型简单共混型热塑性硫化胶（热塑性硫化胶（热塑性硫化胶（热塑性硫化胶（TPVTPVTPVTPV）分类按照制备方法来分类共聚型TPE共混型TPE聚氨酯44.2 共聚型共聚型TPEn n共聚TPE的结构特征n n苯乙烯共聚TPEn n聚氨酯共聚TPEn n乙烯-辛烯共聚TPE4.2 共聚型TPE共聚TPE的结构特征5 共聚型共聚型TPETPE的结构特征的结构特征n n共聚型TPE是采用嵌段共聚的方式将柔性链（软段）同刚性链（硬段）交替连接成大分子。玻璃态或结晶态微区玻璃态或结晶态微区玻璃态或结晶态微区玻璃态或结晶态微区 共聚型TPE的结构特征玻璃态或结晶态微区6 苯乙烯共聚热塑性弹性体苯乙烯共聚热塑性弹性体1.1.结构结构n n苯乙烯类嵌段共聚型热塑性弹性体的结构为SDS。S为聚苯乙烯硬段，其聚集微区为无定形玻璃态无定形玻璃态物理交联点物理交联点；D为聚二烯烃或氢化聚丁二烯软段，在常温下处于高弹态高弹态提供橡胶的弹性。提供橡胶的弹性。苯乙烯共聚热塑性弹性体7n n常见的三种苯乙烯类热塑性弹性体SBSSBSSISSISSEBSSEBS常见的三种苯乙烯类热塑性弹性体SBSSISSEBS82.性能性能n n苯乙烯的含量苯乙烯的含量对SBS类的性能有最重要的影响。n n随S段含量的提高：硬度、强度 弹性 n n硬度在邵A20邵D60n n与SBR具有类似的力学性能n nSBS上存在双键，耐热氧老化性不好。n n氢化后得到的SEBS是饱和的，耐热氧老化性好。n nSBS耐水和极性溶剂，不耐非极性溶剂。2.性能硬度在邵A20邵D609n nSBS在使用温度超过超过70oC时，压缩永久变形就会明显增大。3.应用应用n n苯乙烯类TPE是目前使使用用量量最最大大的的TPE，1999年时的使用量达660万吨。n n苯乙烯类TPE主要应用于使用温度低于70oC且对耐油性无要求的场合。n n目前苯乙烯类TPE的最主要用途是制作鞋底材料；n n塑料和橡胶的改性；SBS沥沥青青改改性性用用于于高高等级的公路路面等级的公路路面；密封剂和胶黏剂。SBS在使用温度超过70oC时，压缩永久变形就会明显增大。10 聚氨酯共聚热塑性弹性体（聚氨酯共聚热塑性弹性体（TPUTPU）1.1.结构结构n nTPU由二异氰酸酯二异氰酸酯和聚醚聚醚或聚酯多元醇聚酯多元醇以及低分子量二元醇类扩链剂反应而的。硬段硬段硬段硬段软段软段软段软段氨基甲酸酯链段（硬段）间可形成氢键硬段的聚集微区呈结晶态结晶态。聚氨酯共聚热塑性弹性体（TPU）硬段软段氨基甲酸酯链112.性能性能n n由由于于物物理理交交联联点点为为结结晶晶微微区区TPUTPU具具有有优优异异的的力力学学性性能能（252570MPa70MPa）、耐耐磨磨性性、抗抗撕撕裂裂性性能能。耐耐非非极极性性溶溶剂剂、但但不不耐耐水水和和极极性性溶溶剂剂；最最高高使使用用温温度度为为120120o oC C硬段结晶熔点。硬段结晶熔点。n n聚酯型聚酯型聚酯型聚酯型TPUTPUTPUTPU具有更好的力学强度和耐磨性、耐非极性具有更好的力学强度和耐磨性、耐非极性溶剂性；溶剂性；n n聚醚型聚醚型聚醚型聚醚型TPUTPUTPUTPU具有更好的弹性、低温性能、热稳定性、具有更好的弹性、低温性能、热稳定性、耐水性和耐生物降解性。耐水性和耐生物降解性。硬段硬段硬段硬段软段软段软段软段2.性能硬段软段123.3.应用应用n nTPU主要应用于耐磨制品小型实心胎、鞋底等。n n高强度耐油制品输油软管。n n高强高模量制品汽车仪表盘。n n但TPU的摩擦系数很低牵引力低，不适合制造汽车轮胎。3.应用13 乙烯乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体（辛烯共聚热塑性弹性体（POE）1.结构结构n n该TPE是通过乙烯与辛烯在茂金属催化剂的催化下定向共聚而成的具有特特殊殊序序列列分分布布的聚烯烃共聚物。POE是Poly Olefin Elastomer的缩写。n n辛烯共聚单体在分子链上均均匀匀分分布布，其质量含量20%wt。n n引入少量的辛烯破坏了与其相邻接碳的结晶，形成具有无定形结构的弹性区；剩余的PE微结晶区起到了物理交联点的作用。乙烯-辛烯共聚热塑性弹性体（POE）14n nPOE的分子量分布窄，分子量分布系数2，力学性能较好。n n一定量的辛烯长支链加工性能良好。2.性能性能POE的性能主要受辛烯含量和分子量的影响。的性能主要受辛烯含量和分子量的影响。POE的分子量分布窄，分子量分布系数2，力学性能较好。15n nPOE为全饱和分子链耐天候老化、耐紫耐天候老化、耐紫外线性能优异。外线性能优异。n nPOE的力学性能良好。n nPOE主链的特性与PE类似良好的绝缘性良好的绝缘性和耐化学介质性。n n但耐热性低永久变形大。n n通过部分交联的方式可以改善。3.应用应用n n替代EPDM制造防水卷材，耐候性更好。n n微交联的POE高耐候电缆料。n nPOE还可以用于PP的增韧改性剂，在提高韧性的同时，强度和加工性牺牲较小。POE为全饱和分子链耐天候老化、耐紫外线性能优异。164.3 热塑性硫化胶（热塑性硫化胶（TPV）n nTPV的结构特征n n动态硫化技术平台与原理n nTPV的结构-性能关系n nTPV的应用4.3 热塑性硫化胶（TPV）TPV的结构特征17l l大大大大量量量量高高高高度度度度交交交交联联联联的的的的橡橡橡橡胶胶胶胶粒粒粒粒子子子子呈呈呈呈分分分分散散散散相相相相结结结结构构构构，粒粒粒粒径径径径为为为为12m12m，赋赋赋赋予予予予TPVTPV具有硫化橡胶的高弹性具有硫化橡胶的高弹性具有硫化橡胶的高弹性具有硫化橡胶的高弹性l l少少少少量量量量塑塑塑塑料料料料相相相相(如如如如20%)20%)包包包包覆覆覆覆在在在在交交交交联联联联橡橡橡橡胶胶胶胶粒粒粒粒子子子子周周周周围围围围形形形形成成成成连连连连续续续续相相相相，赋赋赋赋予予予予TPVTPV具有塑料一样的热塑流动性和可反复加工性具有塑料一样的热塑流动性和可反复加工性具有塑料一样的热塑流动性和可反复加工性具有塑料一样的热塑流动性和可反复加工性l l交交交交联联联联橡橡橡橡胶胶胶胶粒粒粒粒子子子子内内内内部部部部成成成成份份份份复复复复杂杂杂杂，包包包包含含含含交交交交联联联联剂剂剂剂、填填填填料料料料 、增增增增塑塑塑塑剂剂剂剂、防防防防老老老老剂、偶联剂等剂、偶联剂等剂、偶联剂等剂、偶联剂等SEM照片照片大量橡胶相大量橡胶相少量塑料相少量塑料相少量塑料少量塑料呈连续相呈连续相大量橡胶粒子大量橡胶粒子呈分散相呈分散相交联剂、防老剂交联剂、防老剂填料、增塑剂等填料、增塑剂等 结构特征结构特征大量高度交联的橡胶粒子呈分散相结构，粒径为12m，赋予T18 动态硫化技术平台与原理动态硫化技术平台与原理动态硫化技术平台与原理动态硫化技术平台与原理n n聚合物共混相态行为聚合物共混相态行为软包硬规律。软包硬规律。n n大大量量的的橡橡胶胶（含含含含有有有有交交交交联联联联剂剂剂剂）与与少少量量塑塑料料机机械械混混合合，橡塑比可超过橡塑比可超过8080：2020。n n刚开始时塑料为分散相，橡胶为连续相。刚开始时塑料为分散相，橡胶为连续相。n n但但在在共共混混过过程程中中，橡橡胶胶同同时时发发生生原原位位交交联联反反应应，黏黏度度大大增增，在在机机械械剪剪切切力力的的作作用用下下被被破破碎碎为为微微米米级的颗粒。级的颗粒。n n同同时时发发生生相相反反转转，塑塑料料变变为为连连续续相相，交交联联橡橡胶胶微微粒变为分散相。粒变为分散相。n nTPVTPV是是Thermoplastic VulcanizateThermoplastic Vulcanizate的缩写。的缩写。n n9 9种橡胶和种橡胶和1111种塑料共混体系种塑料共混体系 动态硫化技术平台与原理19相态反转相态反转传统共混技术传统共混技术大量橡胶相大量橡胶相少量塑料相少量塑料相TPV结构结构PPPP组成组成科学原理：科学原理：“共混物粘度比可在共混物粘度比可在一定程度上控制其相一定程度上控制其相形态形态”的流变学原则的流变学原则 相态反转传统共混技术大量橡胶相少量塑料相TPV结构PP组成科20 TPV TPV的结构与性能关系的结构与性能关系的结构与性能关系的结构与性能关系n n交联的橡胶颗粒为分散相交联的橡胶颗粒为分散相高弹性、低压缩高弹性、低压缩永久变形；永久变形；n n塑料薄层将交联的橡胶颗粒包裹起来，形成连塑料薄层将交联的橡胶颗粒包裹起来，形成连续相续相高弹性，低硬度。高弹性，低硬度。n nTPVTPV是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体。是性能最接近热固性橡胶的热塑性弹性体。n nTPVTPV具有优异的耐疲劳性能，远超过普通橡胶。具有优异的耐疲劳性能，远超过普通橡胶。n n性能范围宽广。性能范围宽广。性能范围宽广。性能范围宽广。高高性性能能TPVTPV的的本本质质特特征征：高高弹弹性性、优优良良的的热热塑塑流动性和可反复加工及使用性能。流动性和可反复加工及使用性能。TPV的结构与性能关系高性能TPV的本质特征：高弹性21橡胶与弹性体材料课件22 TPV的应用的应用n nTPV具有良好的热塑性加工性代替热交联橡胶制造形状复杂形状复杂的弹性体制品，大大提高生产效率。1.3040用于替代用于替代EPDM制造汽车配件制造汽车配件 TPV的应用232.1015用于制造电子电气上的绝缘材料用于制造电子电气上的绝缘材料2.1015用于制造电子电气上的绝缘材料243.10土木建筑业土木建筑业伸缩缝伸缩缝公路隔公路隔离带离带集装箱集装箱密封条密封条减震垫减震垫3.10土木建筑业伸缩缝公路隔离带集装箱密封条减震垫254.其它各种形状复杂的弹性体制品。其它各种形状复杂的弹性体制品。4.其它各种形状复杂的弹性体制品。26作业作业n n与传统热固性橡胶相比，热塑性弹性体有何优点？n n试用示意图比较热固性橡胶、共聚型TPE与共混型TPE在微观结构上的区别？作业与传统热固性橡胶相比，热塑性弹性体有何优点？27