TPE 热塑性弹性体的制备及其性能研究

肖红杰，梁国伟，梁国超

（广东祥利塑料有限公司，广东 云浮 527400）

引言

热塑性弹性体作为一种高分子材料，不仅具备橡胶的特性，而且还具有塑料的特性。在实际制备过程中热塑性弹性体的工艺简单，与传统的橡胶的配方及加工过程相比存在极大的优越性；而且热塑性弹性体的制备成型工艺非常短。同时，可对热塑料制备过程中的废料进行再回收利用，在很大程度上减少了对环境的污染[1]。总的来讲，热塑性弹性其本身兼顾橡胶和塑料特性的同时，在满足日常生产中对该种特种材料特性，其制备工艺、周期以及经济效益等均处于相对优越的条件。本文将重点对热塑性弹性体材料制备展开研究，并对其相关性能进行测试。

1 热塑性弹性体的制备及测试方法

所谓热塑性弹性体指的是在常温条件下表现为橡胶的特性，而在高温条件下又呈现塑化成型材料特性的材料。针对基于动态硫化技术制备热塑性弹性体展开研究。与常规橡胶材料相比，热塑性弹性体材料的加工配方简单，可通过传统的制备塑料的工艺或方式直接制备而成[2]。虽然，当前针对热塑性弹性体的研究已经相对成熟；但是，针对其研究细节包括有结晶行为、动态力学性能以及形态结构等方面的研究还比较欠缺。

1.1 热塑性弹性体的制备原料

根据热塑性弹性体的制备原理，其涉及到原料包括有：EPMD 4551A、辛基酚醛硫化树脂、氧化锌、硬脂酸、氯化锌、熔体流动速率为1 g/10min 的PP EPS30R、熔体流动速率为10 g/10min 的PP179 以及熔体流动速率为20 g/10min 的PP7726H。

根据热塑性弹性体的制备原理，其涉及到的关键设备及其型号，如表1 所示。

表1 热塑性弹性体制备设备名称及型号

热塑性弹性体制备工艺流程：

1）制备母炼胶：以氧化锌和硬脂酸为原料合成制备成氯化锌，此环节所采用的设备的开炼机；

2）混炼工序：将PP 和防老剂添加至密炼机中，并将密炼机的转速设定为80 r/min，在此工艺下密炼10 min；而后在其中加入（1）制备而成的母炼胶，并对其混合反应5 min；

3）将混炼工艺制备而成的产物进行动态硫化操作；

4）将混炼工艺制备而成的产物进行动态硫化操作，并将平板硫化机的作用下依次经过预热、加压以及冷压等操作后制备而后才能热塑性弹性体[3]。其中，预热过程的时间为10 min，加压过程的时间为5 min，冷压过程的时间为10 min。

1.2 热塑性弹性体的性能测试

对上述制备而成的热塑性弹性体的性能进行测试，重点对热塑性弹性体开展硬度测试、拉伸测试、撕裂测试以及平板模压硫化测试等。涉及到的热塑性弹性体性能测试仪器如表1 所示中的邵氏橡胶硬度、橡胶厚度计、电子拉力计等。注意：各项测试必须依据相关标准严格执行。

2 热塑性弹性体的性能研究

本节将对制备过程中关键工艺对最终制备而成热塑性弹性体的影响机理展开研究，其中重点对酚醛树脂、氯化锌的用量、像塑比、动态硫化时间以及剪切速率等对热塑性弹性体的力学性能进行对比。

2.1 酚酸树脂及氯化锌用量对热塑性弹性体的力学性能的影响

在其余原料用量一致的情况下，分别对酚酸树脂与氯化锌用量为3 g/0.3 g、4 g/0.4 g、5 g/0.5 g 三种情况下对应制备而成热塑性弹性体的力学性能进行对比。其余原料的用量如下：EPDM 用量为100 g，氧化锌用量为2.5 g，硬脂酸用量为0.5 g，防老剂用量为0.5 g 等。

对应不同酚醛树脂及氯化锌用量制备而成热塑性弹性体力学性能测试结果，如表2 所示。

表2 酚醛树脂及氯化锌用量对应热塑性弹性体力学性能对比

如表2 所示，对于不同酚醛树脂及氯化锌用量下所制备而成的热塑性弹性体的力学性能综合分析得出如下结论：

1）对于热塑性弹性体的拉伸强度而言，随着酚醛树脂和氯化锌用量的增加，对应其拉伸强度增加，但是增加幅度较小；

2）对于热塑性弹性体的撕裂强度而言，随着酚醛树脂和氯化锌用量的增加，对应其撕裂强度减小；

3）对于热塑性弹性体的邵氏硬度而言，随着酚醛树脂和氯化锌用量的增加，对应其邵氏硬度相差不多；

4）对于热塑性弹性体的拉断伸长率而言，随着酚醛树脂和氯化锌用量的增加，对应其拉断伸长率出现明显的衰减状态[4]。

综上所述，为保证最终制备所得的热塑性弹性体的力学性能优越，综合对比表2 中的拉伸强度、撕裂强度以及拉断伸长率等指标，最终确定最佳的酚醛数值用量为3 g，对应的氯化锌用量为0.3 g。

2.2 不同橡塑比热塑性弹性体的力学性能的影响

在其余原料用量一致的情况下，分别对橡塑质量比为75 g/25 g、70 g/30 g、65 g/35 g、60 g/40 g和50 g/50 g五种情况下对应制备而成热塑性弹性体的力学性能进行对比。力学性能测试结果，如表3 所示。

综合分析表3 中不同橡塑比制备而成功的热塑性弹性体的力学性能发现：随着橡塑比的减小，对应的各项力学性能呈现先增大后减小的变化趋势，且每项力学性能的拐点均位于橡塑比为60/40 g 的位置[5]。

表3 不同橡塑比对应热塑性弹性体力学性能对比

综上所述，为确保最佳热塑性弹性体的力学性能，应将橡塑比确定为60/40 g。

同理在上述研究方式下，得出其他参数对热塑性弹性体力学性能的影响机理，最终得出对应热塑性弹性体的最佳工艺参数，如表4 所示。

表4 热塑性弹性体力学性能最佳工艺参数

3 结语

热塑性弹性体材料为兼顾橡胶和塑料性能的新型材料，该种材料以其制备工艺简单、成本低以及对环境污染小等优势被广泛应用。本文重点针对制备热塑性弹性体材料的工艺流程、原材料用量以及工艺参数等对其力学性能的影响展开研究，最终得到最佳制备参数。总结如下：

1）制备热塑性弹性体材料的最佳橡塑比为60 g/40 g，最佳的酚醛数值用量为3 g，对应的氯化锌用量为0.3 g。

2）制备热塑性弹性材料的最佳工艺参数如下：动态硫化时间为10 min，混炼温度为180 ℃，剪切速率为80 r/min。