热塑性动态硫化橡胶的介绍及应用

高分 2023年1月11日浏览：1508

前言

热塑性动态硫化橡胶（TPV）是一种具有独特结构组成的高性能弹性体，兼具传统弹性体优异的回弹性和热塑性塑料的易回收性，广泛应用于汽车配件、电子电器、医药及建筑等领域。TPV是橡胶和树脂在熔融共混时，橡胶相被硫化破碎为岛相分散在连续相（树脂）中而形成的。

TPV的类型

通用型TPV

最早选用EPDM和PP作为基材而成功制备出TPV，并将其实现工业化。随后Manleh等制备出塑料基材为PP、橡胶基材为天然橡胶（NR）的热塑性弹性体。对于硫化剂的探索和试验，最早以过氧化物代替传统硫化体系成功制备出聚烯烃弹性体(POE)/PP TPV，之后，研究者们又对TPV进行了定量分析，研究结果表明，过氧化物交联剂种类和用量会对TPV的性能(主要为力学性能)产生影响，这使得TPV形成了十分严谨的体系，为此后TPV更进一步的发展奠定了基础。

目前，大部分通用型TPV选用的橡胶和塑料基材仍为EPDM和PP，硫化体系一般以硫黄硫化体系、酚醛树脂硫化体系或过氧化物硫化体系为主，橡胶与塑料的比例为50/50～80/20，所得产品兼具优良的加工流动性和橡胶熵弹性，以及目前高度倡导的绿色环保和可回收性。

PP (a) 、PP/过氧化物 (b) 、EPDM/PP (c) 和TPV (d) 在动态硫化EPDM/PP TPV扫描电镜图

动态硫化EPDM/PP TPV扫描电镜图

功能型TPV

1.导电型TPV：以酚醛树脂为硫化剂、全同立构PP和EPDM为基材，以炭黑进行填充改性，研究了EPDM交联程度对复合材料导电性能的影响。结果发现，在一定范围内交联程度和导电渗滤阈值成反比，超过此范围后电渗阈值保持不变。此项研究为实现TPV复合材料的电性能控制和双网络的形成提供了有效的制备策略和研究基础，并且可以方便地引入工业应用。

2.耐油型TPV：橡胶基材为乙烯-丙烯酸酯橡胶(AEM)，塑料基体为热塑性聚醚酯弹性体(TPEE)，该TPV材料集中了AEM和TPEE的优点，兼具优异的耐油性能和耐热氧老化性能，广泛应用于汽车配件领。

3.阻燃型TPV：阻燃型TPV的塑料基体主要是石油基塑料。以氢氧化镁原位增容改性红磷，并将其作为阻燃剂用于以NR和线性低密度聚乙烯为基材的TPV中，当氧气体积分数达到25.6%时，TPV出现无黑烟燃烧和熔滴滴落的现象，同时力学性能仍能保持在较高水准。

TPV的制备技术

密炼机动态硫化技术

1、密炼机可直接、快速、精准控制制备工艺，并可为工艺改进提供依据和途径，其温度和剪切力均可在一定范围内调控；

2、密炼机在加工过程中可以提供混炼功率曲线，通过曲线的变化可直观地了解橡胶基材与塑料基材共混与否、混合的程度及橡胶的交联程度等；

3、使用密炼机还可以预测混炼胶的质量、黏度及分散度。

4、密炼机的转子与侧壁之间有缝隙，这使得基材在共混时容易钻入，钻入的混炼胶会发生静态硫化而形成交联网络，难以被粉碎成纳米级橡胶颗粒，从而导致TPV出现表面不光滑的现象

密炼机示意图

双螺杆挤出动态硫化技术

1、双螺杆挤出机对温度的调控较为精确，从而可实现对TPV加工工艺的精确控制。双螺杆挤出机可分段调节不同机筒位置的温度，从而在加工过程中可以分别设定橡塑基料熔融共混时的温度、橡胶相硫化时的温度及分散成橡胶微粒的温度，所得TPV性能更加稳定；

2、双螺杆挤出机螺杆的转速基本都能达到200 r/min，可确保产生比密炼机更强的剪切力，从而缩小橡胶颗粒粒径，使得橡胶颗粒更加均匀地分散于塑料基体，形成稳定的“海–岛”结构，进一步提高TPV的流动性能。

3、此技术所选用螺杆的长径比一般最小为20/1。此外，TPV具有轻微的吸湿特性，进行干燥处理时需多加注意

双螺杆挤出机图片

TPV海岛结构示意图

TPV的应用

汽车行业

在汽车配件领域，TPV的市场潜力巨大，正在大幅度地取代传统的热固性硫化橡胶，其具有质轻、低价、寿命长、可回收的特点，因此相比于传统硫化橡胶，TPV在汽车的密封系统、发动机系统、刹车系统及消音系统方面存在着巨大的优势。

电子电器行业

电线电缆行业所需原材料须具有优良的耐候性能、耐腐蚀性能、耐磨性能及耐臭氧老化性能，而TPV则完全满足以上诸多要求，且TPV相比于热固性橡胶更易着色，老化后材料的拉伸性能保持率更高，同时，TPV还具有非常好的密封性，且价格低廉，可用于制造模压电器配件、特殊电插座等。

其他行业

在其他领域，TPV占比较大的为食品包装领域，这是由于TPV的耐化学腐蚀性和耐高温性能良好，不易拉伸及压缩变形，从而可确保食品的安全性。同时，因其良好的密封性，TPV亦可作为各种饮品包装的最佳选择。在医疗材料领域，由于新型TPV不含有害成分和易致过敏成分，用其替代传统的热固性硫化硅橡胶可大幅降低生产成本。