TPV-全动态硫化热塑性弹性体的加工应用

huang740914

TPV-全动态硫化热塑性弹性体的加工应用

                               
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在众多的商品化的TPV中，以全动态硫化热塑性乙丙橡胶应用面广量大，尤以Exxon Mobil(公司演变：Ｍosamtor－AES－Exxon Mobil)的山都平（Santoprene）最著名。我们主要介绍热型性乙丙橡胶
; b# c; n. w# A热塑性乙丙橡胶
1 s2 V* D" Y0 Q3 z( e3 @9 z5 C, t' [9 K（1）　微观结构特点
6 m; x! |4 ~1 J! U, r: _( a8 A+ F全动态硫化热塑性乙丙橡胶（以下简称EPDM TPV）是由EPDM与PP在硫化体系的存在下的高温、高剪切的作用下，在共混的同时，被打碎的EPDM粒子实现高度（>95%）交联。海相（连续相）为塑料（ＰＰ）、岛相分散相为<2μm的交硫乙EPDM微粒（见图5）。交联EPDM的粒子尺寸对应力一应变性能有很大影响。粒子越小，应力－应变性能越佳（图6）。而且，随着橡胶粒子的交联密度的增加，强伸性能　胶变（图7）。
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图6 EPDM TPV 中橡胶粒径与应力－应变的关系（图中数字表示粒径/）

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图７ 交联密度对EPDM/PP动态硫化胶性能的影响

（2）性能与特点
' O5 S  `, Y2 U# ^  {  w% zEPDM TPV是由部分硫化乙丙橡胶（TPO）发展起来的，在传统的硫化橡胶中它的对手是CR(以防尘罩为代表)和EPDM(以汽车密封条为代表)。与TPO和CR、EPDM相比，EPDM TPV的性能有以下主要特点。
A.压缩永久变形比TPO大有改善（图8），而且也优于EPDM和CR(图 9)；
B.耐油性优于TPO(图１０)；
C.耐侯性能和耐臭氧性能优异。氙灯老化1000和2000h，强伸性能变化很小；
2 c! `8 J6 K8 Y% B' z% q7 XD.耐热、耐寒，连续工作的最高温度135℃，最低温度－60℃，与EPDM相当，优于CR；
E.电性能优良；
F.屈挠性能优良，特别是抗屈挠割口增长性佳；
  z) o! [: S& ]0 S: o# ^G.有多种特殊性能的混合料（导电、阻燃、FDA、医用等）可供用户选用；
H.无需硫化，边角料可以重复利用多次；
I.可以热熔接；
J.着色性好；
7 V; x$ C0 K" k8 p1 X6 dK.可以与塑料或其他热塑性弹性或e硫化的橡胶共挤出；
3 _' p, }( l7 w4 V+ t4 ^L.新开发的闭孔发泡技术，可制造相对密度低至0.2的海绵制品。
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图８　TPV(Samtoprene)与TPO的压缩永久变形对比（70℃×22h，ε＝25％）Δ-TPO, ○-TPV

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图９　TPV(Santoprene)与TPO耐油性对比 （1＃油，70℃×168h）Δ-TPO, ○-TPV

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图10　压缩永久变形的对比

（3）牌号命名
% [, i  ]; B# P. _! J- pSantoprene是生产最早的TPV,它的牌号很多，有系列的命名方法，
2 m3 G5 E/ O: [) {. K  o. o7 i' MA.5位数字命名（表10）

数字位数	代码	表示
第1位	１	黑色 2 U9 G! i6 p! J' }1 g/ I, ~
. r" M/ e; N  W( `2 z- ]: B	２	本色（可着色）
& Z; Z, H% ?4 y- f* a7 A! f+ F	４	电气级（只有451-87和453-45） : D. }2 [; y3 V# A8 ]5 T
第２位	0	能用级 0 W: D7 Q5 x  g/ r& v
	1	注塑级
! \2 |* q9 g# n: T+ s/ z	2	耐紫外线级 / H5 v' G) a4 k1 P5 [, @: G
	4	饮用水级（NSF级）
. @: m) u6 @4 X% `; j	5	阻燃级 / c% t/ h( q" W- B
& o7 V" I2 d' v	6	水中用级 # k1 |0 g, o6 N) ~
: T5 K3 u1 Q5 o' z. c4 v	7	与食物接触级 5 G# h: q4 {- m- x
	8	医用级 " Y% S" Y8 `+ L3 `
第3位	1	邵尔A型硬度
	３	邵尔D型硬度 : B: a# G1 U! \, `
第４、５位		硬度等，例如64，表示64度

举例：　101-73　黑色、通用级、邵尔A型硬度73
253-80本色、阻燃级、邵尔D型硬度80
* p: m  l4 n- }, C% kExxon Mobil公司的Santoprene的硬度等级由45～0D。
B.W级－特殊品级

• 101-90-W190 相对密度1.5，吹塑，消音
• 111-85-Ｗ193　相对密度1.35，注塑，消音
• 111-87-Ｗ173　相对密度1.5，注塑，消音
• 171-55-Ｗ199　仅供Becton Dickinson 作注射器胶塞
• 251-80-Ｗ204　特殊阻燃级
• 201-64-Ｗ175　簿壁挤出异型材

Ｃ.　其他品级
6 t% }, D7 K/ ~* |) R& A

• 199-87　导电级
• 199-180　导电级
• 521-70　建筑用级
• 591-65　建筑用耐紫外线级

中国规模最大、质量上乘的EPDM 生产公司是（山东）道恩北化工弹性体材料有限公司，商品名Dawnprene，有年产3000吨的生产线。现有黑色和本通用型混合粒料14个牌号，硬度由38A～40D。
8 ~  [* A5 C# ]5 E; h（4）应用
EPDM TPV可以进行注塑，挤出、吹塑、压延、成型，而且由于环保、节能、可重复利用，应用范围不断扩大。主要应用于汽车用防尘罩、密封条。软管、电线、家用电气以及工具运动器材和日用制品。
A．防尘罩
4 l9 m3 h& K. z4 A# k, r$ c( z汽车防尘罩以往使用CR（由CR320→耐热耐寒专用CR），由平板硫化转向注射硫化。CR生产工序繁多，硫化耗时长，废次品率高。
80年代初Santoprene问世以来，TPV与硫化橡胶争夺市场的第一个主打产品便是汽车防尘罩。经过20多年的竞争，TPV防尘罩已确立在汽车工业的地位，逐渐有取代CR防尘罩的趋势。我国生产EPDM TPV防尘罩已有10多年历史，主要生产厂是天津环宇橡塑制造公司。
# }& x  H; R* {生产防尘罩Santoprene是87A和40D，单用或并用。采用吹塑成型工艺。
吹塑成型分为挤出吹塑（挤一吹）和注射吹（注一吹）两种。
7 U1 m) L6 ^8 w防尘罩挤一吹成型是先用挤出机将TPV挤出型坯，然后合模、吹塑，最后脱模。此工艺不易控制，因为防尘罩形状、壁厚并不均一，而且挤出的热型坯是自上而下垂落的，也会发生形变。采用型坯壁厚控制装置，可以提高制品质。
注一吹成型比挤一吹成型先进，国外基本上采用此工艺生产防尘罩，国内也有厂家引进国外成套设备生产，生产效率高（几十秒生产一个产品）。质量良好稳定，废品率低。注一吹成型装置有两副模具，第一副模具通过注射机将TPV注入形成型坯，然后旋转到吹塑位置进行吹塑（此时第二副模具转到注射位置）然后脱模。两副模具旋转交替，效率很高。
3 ?& H/ \: b5 ~; n3 ~: @- t吹塑工艺条件
' v: s, `0 b' G% E

• 干燥：新材料（70～80）℃X3h，回料时间要长些。
• 挤出吹塑各段温度：进料段195～205℃，过渡段200～205℃，计量段208～210℃，机头210～215℃，口型215～220℃。
• 吹胀比（＝制品最大外径/型坯外径）：4/1

B.密封条
; k  \+ f7 [; w4 ?- L, @1998年，德国戴姆勒一奔驰汽车首次制定新型的A级系列汽车的后侧窗密封条使用Santoprene，2000年DSM公司开始一些汽车上使用改公司的TPV“Salink”。目前，世界上许多汽车公司都设计和使用EPDM TPV，例如奔驰、克莱斯勒、梅德塞斯、大众、奥迪、通用、富特、雷诺、本田、丰田等。包括三角窗、玻璃导槽、车窗、车门外侧。发动机盖。行李箱等密封条，有些还采用发泡TPV和复合密封条。
: o8 \" w  U" ?% y近来，汽车密封条采用EPDM TPV有迅速增加的趋势，其首要原因是环保的要求。传统的EPDM密封因其硫化体系中使用产生致癌亚硝酸的促进剂（BZ、TRA、TT、DTDM等），虽然已采用环保的替代品（DBZ、ZDTP、DTDC等），但仍有忧虑。炭黑和加工油以及某些助剂存在致癌PAHs（多环芳烃）。传统的PVC或TPVC密封材料，因含卤素和邻苯二甲酸酯也在环保禁/限之列。而EPDM TPV不存在上述环保问题。其次，从环保的角度，要求汽车橡塑制品提高重新利用率（30％→70％），传统EPDM硫化胶敌不过EPDM TPV。此外，TPV无需混炼和硫化。可以与硬质塑料（PE、PP）共挤出可生产彩色封条，耐UV性优良，可生产高硬度制品（比EPDM简便），而且按角可以热熔接。
* C, f. u% q4 N" B- Q' B

• 挤出机：长径比（L/D）24/1，压缩比 2.5/1。
• 挤出温度（℃），由55A→50D；
• 进料段175～195，过渡段180～195，计量段180～200，
• 机头 195～210，口型 200～215，熔体 200～215
• 挤出前粒料要干燥（70～80℃X3h），否则挤出物有气孔。
• 挤出滤网：有挤出机→过滤机 60/40/20目。

C．软管
, {2 ?" t7 G  a以PP为内管，聚酯为增强层，外层胶包覆的PP/TPV复合软管，是通过TPV和热熔胶（例如 Day chem. International，Inc 的Numel热熔胶）共挤出，使外层胶TPV与聚酯线牢固粘合（剥离强度达4KN&#8226;m-1）。通过适当的其他粘合剂与TPV共挤出，TPV与尼龙、芳纶和镀铜钢丝都能良好粘合。
1 N2 p1 O; r) ?8 K; k1 ]0 RD、电线电缆
+ O" c6 D; n6 X8 G2 c  e( R6 yEPDM TPV 代替EPDM硫化胶作为耐热电缆护套已在国外生产多年，国内由于价格问题，并未广泛使用。TPV在国内已用生产汽车点火线护套，替代以前使用的硅橡胶和EPDM。
E、注塑制品
! J7 M2 B; H7 @- Z' B许多家电和生活用品以及其他工业制品，现在已越来越多选用EPDM TPV。大多数采用注塑成型生产。注塑用的Santoprene粒料先要干燥：新料80℃×3h，回料80℃×4h，阻燃剂80℃×3.5h，特殊用途牌号要较长的干燥时间。
推荐的注塑条件：

• 机筒：后部 180-195℃、前部190～210℃
• 注嘴：200～220℃
• 熔体：200～220℃
• 模具：25～40℃
• 注塑总周期：100～200S
• 螺杆转速：100～200RPm
• 模压收缩率：1.5～2.5%