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TPV讲堂1:TPV基本介绍,结构与性能
艾邦最近整理了TPV产业报告,将会陆续在平台上发出,如果愿意一起参与请加我微信:abqfeng;本报告包含以下内容,TPV的定义以及分类,TPV的制备方法,不同类型的TPV生产企业以及主要市场介绍;重点阐述了PP/EPDM体系的配方组成以及影响因素。EPDM市场以及生产介绍,以及在国内外不同牌号的基础物性参数。TPV典型的应用案例以及典型的下游用户介绍;TPV制品的加工工艺介绍。最后是国内外研究机构对于TPV市场的预测;本篇文章是报告的第一部分;

 TPV是Thermoplastic Vulcanizate的简称,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。今天,小编带大家来了解一下——TPV。


热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomers)作为第三代橡胶在世界各地取得了极为迅猛的发展。现在,热塑性弹性体的产量早已逾越第二代的液体橡胶,成为当今橡胶工业的新型材料。热塑性弹性体所具有的橡胶与塑料的双重性能和宽广的特性,使之在橡胶工业中广泛用于制造胶鞋、胶布等日用制品和胶管、胶带、胶条、胶板、胶件以及胶粘剂等各种工业用品。

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图:TPV以及热塑性弹性体在聚合物中的位置


最先是1973年由美国的Uniroyal公司开发制得部分硫化的热塑性弹性体,但性能较差。20世纪70年代末期,美国Monsanto公司Coran等人对热塑性塑料和弹性体的动态全硫化共混物进行了系统的研究开发了一种动态全硫化生产技术,生产出了EPDM/PP等热塑性弹性体(商品牌号为“Santoprene”),成功地把硫化橡胶的一些特性(如耐热性能和低压缩变形性能)与热塑性塑料的易加工特性结合在一起,使热塑性弹性体真正地走向市场。

目前,除了动态硫化法制备TPV,还有物理共混法;但国内TPV厂家,大部分都是采用Monsanto生产TPV的技术。所谓动态硫化法是指橡胶与塑料共混时,借助交联剂和强烈的剪切应力作用进行硫化反应的过程.其技术关键是在硫化尚未结束之前混合剪切不能停止,并且要有足够的硫化剂用量以保证橡胶能够完全硫化。

由于动态硫化法是在共混的过程中对橡胶相进行完全硫化,对交联剂、共混温度、剪切速率、共混时间及相互间的配合等都有很高的要求,而且还需要特殊的共混设备,所以该法
的生产成本很高,生产工艺比较复杂,不好控制橡胶相的平均粒径及交联度。
对于全硫化热塑性弹性体来说,橡胶相粒径对其物性影响极大,橡胶相粒径越小,材料的拉伸强度越高及断裂伸长率越高,其加工性能也越好,动态硫化法制备的全硫化热塑性弹性体中橡胶相的粒径大小主要依靠机械共混剪切与化学交联反应之间的平衡来决定。

一、TPV结构

什么是TPV?

塑料相和橡胶相在熔融共混过程中,将橡胶进行硫化,得到的粒状硫化橡胶相以微区相态稳定地存在于塑料相中,这种方法制得的原料材料称为动态硫化型热塑性弹性体,热塑性硫化橡胶(英文为Thermoplastic Vulcanizate),简称为TPV。

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图1.TPV结构(源于北化工王立群教授演讲报告)


注:橡胶相从连续相变成分散相,细小颗粒均匀分散到塑料相中,形成“海—岛”结构;而一切工艺的基础,就是为了实现相反转的过程。设备,工艺,硫化剂含量,EPDM中第三单体的含量,塑料含量多少都是由此决定。


二、TPV性能

TPV具有以下优良性能:

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。

5、比重轻(0.90—0.97),外观质量均匀,表面档次高,手感好。

表1. TPV与常见高分子材料性能对照表

备注:◎:优异;  ○:良好;  △:一般;×:较差

由表可知,TPV材料具有优秀大多数常见材料的综合性能,因此在汽车、家电、建筑、电子等行业中有着广泛而重要的应用。

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图2. TPV产品产生形变及恢复示意图

图2描述了TPV材料受到外力发生形变至外力消失后恢复至初始状态过程中材料微观结构所对应的状态。可知橡胶粒子在外力存在下发生弹性形变,当外力消失则橡胶粒子恢复至原来状态,而足够多的橡胶与塑料的交联点则保证TPV材料的优异性能。因此,TPV生产中的工艺控制直接影响这产品的性能。 

艾邦高分子随后将推出一系列关于TPV行业的文章;下一篇:TPV讲堂2:这些都是TPV,你认识几个?敬请期待。

 编辑:胡江波

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