热塑性动态硫化橡胶的发展及其应用
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 中交联橡胶为分散相,以微米级橡胶颗粒存在,而热塑性塑料则为连续相,交联橡胶的含量高于热塑性塑料。以TPV 代替传统橡胶, 在产品的终端应用中最受关注的性能主要是弹性回复性能和拉伸性能。对TPV 在进行拉伸或压缩行为后仍然能够保持良好弹性回复性能,Kikuchi 等认为当TPV 发生拉伸或压缩行为时, 塑性变形主要集中于分散的橡胶微粒周围很薄的一层聚丙烯(PP)韧带,该韧带起到了橡胶微粒之间交联点的作用,因此可以保证TPV 具有良好的回复性能; 而TPV优越的拉伸性能则源于由纳米级橡胶微粒形成的诸多应力集中点, 从而可有效抑制裂纹的发展,最终使拉伸性能得以提高。
TPV 类型
动态硫化技术的发展历程大致可分为3 个阶段:
19 世纪60年代
,动态硫化技术这一概念首次被Gessler提出,他认为可采用此技术制备共混型热塑性弹性体;
19 世纪70 年代初期
,Fisher 沿用Gessler的工艺使用三元乙丙橡胶(EPDM)和PP为原料,首次制备出部分硫化的TPV;
1980 年
, Coran 博士通过探索改进制备手段,首次成功制备出全部硫化的EPDM/PP TPV,得到综合物理机械性能和加工性能均优异的目标产物,自此,TPV 的工业化生产开始。
此后,在科研和企业界的共同努力下,TPV 开始得到全面快速发展,TPV 家族亦不断壮大。不同品种的橡胶与不同类型的塑料,经过不同工艺手段,制备出多种可应用于诸多领域的TPV。与此同时,为了满足下游应用端的特殊使用要求,各种导电型、阻燃型、耐油型等功能型TPV 也应运而生。
1、通用型TPV
自1980年Monsanto 公司的Coran 博士选用EPDM 和PP 作为基材成功制备出TPV,并将其实现工业化。
1985 年
, 该公司又成功开发出商品名为Geolast 的热塑性弹性体, 采用增容技术,使用丁腈橡胶(NBR)和PP作为基材。无独有偶,日本Zeon 公司也在同年成功开发出商品名为Elaster 的新型TPV,所用橡胶基材和Geolast 相同,塑料基材则用PVC 替代。此后,TPV 研究领域持续活跃,动态硫化技术经过不断的完善和升级, 新型TPV 也相继问世。
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。
2、功能型TPV
随着科技的发展进步,下游应用对TPV 产品提出更高的性能需求,普通的通用型TPV 已经不能满足耐油、导电、阻燃等高端应用领域的需求,开发功能性TPV 成为研究热点。
导电型TPV
2010 年,以EPDM 和PP为基材,以炭黑填充改性TPV 制得复合材料,将该复合材料与填充炭黑的PP 混合材料对比,结果发现这种复合材料导电性能突出,电导率变化非同寻常,这种特殊的电性能使其在许多领域具有潜在的应用价值。2015 年研究学者继续以....
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