TPV動態(tài)硫化機(jī)制新理解

1、 New Understanding of Morphology Evolution New Understanding of Morphology Evolution of Thermoplastic Vulcanizate (TPV) during of Thermoplastic Vulcanizate (TPV) during Dynamic Vulcanization Dynamic Vulcanization 2014.12.24 文獻(xiàn)信息文獻(xiàn)信息 目錄目錄 Contents 1 2 3 前言前言 熱塑性彈性體熱塑性彈性體TPVTPV簡介簡介 形態(tài)學(xué)演化的簡介形態(tài)學(xué)演化的簡介 心得

2、體會心得體會 4 前言前言 定義定義 熱塑性彈性體熱塑性彈性體(TPE)是一種將熱塑性塑料與熱固性橡膠相結(jié)合的高分子材料，兼具塑料和橡膠的特點(diǎn)， 常溫下具有橡膠的高彈性，高溫下具有塑料的熱成型加工性，可以采用類似熱塑性樹脂的加工工藝來反復(fù)加工和回收利用。目前，TPE材料已成為一種可替代傳統(tǒng)材料的新型聚合物材料。 前言前言 TPVTPV 一般把動態(tài)硫化法制備的TPO稱為TPV，主要分為兩類：一類為EPDM/聚烯烴熱塑性彈性體；另一類為烯烴類橡膠/聚烯烴熱塑性硫化膠，如天然橡膠(NR)/PP、順丁橡膠/高密度聚乙烯(BR/HDPE)等體系。 其中EPDM/PP動態(tài)硫化彈性體大致占所有TPV彈性體9

3、0%的份額，其橡膠含量為60%80%。 TPV 主要生產(chǎn)工藝主要生產(chǎn)工藝 1、動態(tài)硫化法（DV法） 將橡膠與不能硫化的熱塑性樹脂在高溫、高剪切下熔融共混，在交聯(lián)劑的作用下將橡膠硫化，得到大約尺寸在微米級別的微粒硫化橡膠相，并均勻的分散于樹脂中。不需要像傳統(tǒng)橡膠制品加工工藝一樣，需要煉膠、硫化工藝，降低了設(shè)備投資、勞動力成本，提高了效率。 TPV TPV 主要生產(chǎn)工藝主要生產(chǎn)工藝 2、物理共混法 硫化粉末橡膠作為原料, 與熱塑性塑料在常規(guī)的橡塑共混設(shè)備上共混, 從而得到全硫化的熱塑性彈性體 動態(tài)硫化得到動態(tài)硫化得到TPV的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征 大量高度交聯(lián)的橡膠粒子呈分散相結(jié)構(gòu)，粒徑為12m，賦予

4、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性和可反復(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 傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為共混物發(fā)生這種相態(tài)轉(zhuǎn)變的主要原因是：交聯(lián)橡膠相的延長、擴(kuò)展、解體所導(dǎo)致。 本文獻(xiàn)通過一系列實(shí)驗(yàn)給出了一種新的見解。 動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變 1、動態(tài)硫化過程中橡膠相交聯(lián)度的變化 交聯(lián)在C點(diǎn)已完成 膨脹率Q和溫度T的變化說明橡膠相的交聯(lián)主要發(fā)生在動態(tài)硫化的初期 動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變 2、交聯(lián)程度對橡膠納米粒子生成的影響 深色：EPDM；淺

5、色：PP 交聯(lián)度低的熔融橡膠能大量團(tuán)聚形成大尺徑的膠團(tuán)（尺徑約500nm），高交聯(lián)度的熔融橡膠只能相互凝聚形成尺徑25-70nm橡膠納米粒子。C點(diǎn)幾乎無大的團(tuán)聚，隨著交聯(lián)度的增加，只能通過少量凝聚形成小尺徑粒子。動態(tài)硫化過程中，粒子的尺徑變化主要依賴于是交聯(lián)度的變化 動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變 3、動態(tài)硫化過程中共混物的形態(tài)演化 AFM得到的相高度圖，深色：PP相；淺色：EPDM相 A、B為連續(xù)結(jié)構(gòu)，交聯(lián)度低，C連續(xù)相變分散相，相轉(zhuǎn)變（C不團(tuán)聚，納米粒子形成附聚體，相轉(zhuǎn)變因素；D之后，附聚體尺徑變大，趨于穩(wěn)定） 動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變動態(tài)硫化過程形態(tài)學(xué)演變 4、動態(tài)硫化過程中

6、形態(tài)演化機(jī)制 黃色區(qū)域代表PP相，藍(lán)色區(qū)域代表橡膠相 總結(jié)總結(jié) 剛開始時塑料為分散相，橡膠為連續(xù)相；但在共混過程中，橡膠同時發(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納米級的顆粒；納米顆粒間相互附聚，形成團(tuán)狀的附聚體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)相反轉(zhuǎn)，即塑料變?yōu)檫B續(xù)相，交聯(lián)橡膠變?yōu)榉稚⑾唷?疑問與啟示疑問與啟示 文獻(xiàn)提到橡膠納米粒子相互作用形成小尺徑的附聚體，但是附聚體的尺徑不是一直增大，而是到了一定尺寸就不再增加？ 當(dāng)橡膠納米粒子的內(nèi)聚力和EPDM納米粒子附聚體的流體動力相等時，納米粒子間就不再繼續(xù)發(fā)生附聚，附聚體的直徑保持不變。根據(jù)能量最低準(zhǔn)則，球狀的分布是最穩(wěn)定的，附聚體最終也以球狀結(jié)構(gòu)

7、穩(wěn)定分布在PP基體中。 微觀結(jié)構(gòu)對機(jī)械性能和加工性能起關(guān)鍵性作用，通過研究動態(tài)硫化過程的變化，可以控制各階段的時間節(jié)點(diǎn)，得到橡膠作分散相均勻分散在PP基體中的最佳時間點(diǎn)，相當(dāng)于提高PP與EPDM相容性，TPV的性能也得到提高。 其他參考文獻(xiàn)其他參考文獻(xiàn) 1 Wu, H.; Ning, N.; Tian, M.; Zhang, L. New understanding of microstructure formation of the rubber phase in thermoplastic vulcanizates (TPV). Soft Matter 2014, 10, 1816?1822. 2 楊秀霞,呂曉東,高春雨. 烯烴類熱塑性彈性體國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩rJ. 當(dāng)代石油化工, 2012(12): 16-18. 3 寧英男,鄒海瀟,等.