解析共混工藝對SEBS/PP熱塑性彈性體的力學(xué)性能的影響
2024-02-01
SEBS是熱塑性體SBS的加氫產(chǎn)物，SEBS分子中因碳—碳雙鍵被氫化飽和，因而具有耐老化、耐熱、耐壓縮變形性能，且安全無(wú)毒、綠色環(huán)保，在業(yè)界有“橡膠黃金”之稱(chēng)。
SEBS與聚丙烯(PP)經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)硫化共混，融合成為一種卓越的熱塑性彈性體(TPV)。TPV獨擁有雙重的網(wǎng)絡(luò )構造，是由化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )和物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )共同構成。在化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中，交聯(lián)的SEBS分散相在PP連續相中形成緊密的結構。而在物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )中，交聯(lián)的SEBS微粒中的聚苯乙烯硬鏈與聚乙烯-聚丁二烯軟鏈相互交織，構建出堅固的鏈接。正是這種獨特的相態(tài)結構，使得TPV在保持長(cháng)期彈性和耐油性上，遠超傳統的三元乙丙橡膠。
動(dòng)態(tài)硫化共混過(guò)程中，溫度、時(shí)間和轉速對最終的TPV的力學(xué)性能有著(zhù)至關(guān)重要的影響。這些因素決定了共混的效果，進(jìn)而影響了TPV的力學(xué)性能。今天，我們將一同深入探討這些因素的具體影響原因，為大家揭示其中的奧秘。
隨著(zhù)共混溫度的升高，TPV的拉伸強度與100%定伸應力均表現出先增加后降低的趨勢，斷裂伸長(cháng)率先降低后增加，撕裂強度先降低后增加再降低，硬度無(wú)明顯變化。
共混溫度對SEBS與PP的熔體黏度有著(zhù)顯著(zhù)影響，當兩者的黏度相匹配時(shí)，共混物的相容性最佳，從而展現出卓越的綜合性能。為了確保PP與SEBS的完全熔融，共混溫度必須高于兩相的熔點(diǎn)，以保障材料在混合過(guò)程中保持良好的流動(dòng)性。
隨著(zhù)溫度的升高，TPV的拉伸強度與100%定伸應力初時(shí)微增，但當溫度大于180℃后，卻呈現下降趨勢。其原因在于低溫時(shí)，體系黏度較高，物料在流變儀密煉腔內流動(dòng)翻轉困難，導致混煉不均勻。當硫化體系加入后，形狀不規則的SEBS交聯(lián)顆粒在PP基體中的分散不均，這影響了TPV的性能。然而，隨著(zhù)溫度的升高，物料黏度降低，SEBS交聯(lián)顆粒能更好地分散在PP連續相中，從而使拉伸強度上升。但當溫度繼續升高時(shí)，PP分子長(cháng)鏈發(fā)生斷裂，導致基體性能下降。此外，DCP的分解速度加快，導致SEBS的交聯(lián)密度降低，這進(jìn)一步影響了TPV的性能。
當轉子轉速低時(shí)，TPV的拉升強度較差，原因在于無(wú)充油狀態(tài)下，SEBS的黏度較高，導致加工性能受限。此時(shí)，轉子對物料的剪切作用有限，對PP與SEBS的混合效果以及SEBS的撕裂和分散作用都相對較小。從而導致形成的SEBS粒子尺寸較大，且分布不均，使得SEBS粒子與轉子和內壁的接觸概率降低。相對地，PP熔體在SEBS粒子間起到了更多的“潤滑”作用，從而使得TPV的拉伸強度提升不明顯。
然而，當轉子轉速提升后時(shí)，轉速的增加導致了更強的剪切作用，使SEBS粒子被進(jìn)一步撕裂成更小的顆粒，并促使分散變得更均勻。在混煉過(guò)程中，SEBS粒子與轉子和內壁的接觸概率增大，摩擦力也隨之增強。此外，填充在SEBS粒子之間的PP熔體相對減少。更重要的是，隨著(zhù)SEBS粒子數量的增加，粒子間的摩擦也顯著(zhù)增大。得到的結果自然也是TPV的拉伸強度、100%定伸應力都有不小的提升，相反的斷裂伸長(cháng)率、撕裂強度與硬度則隨著(zhù)轉子轉速的提高，呈現出下降趨勢。
共混時(shí)間對力學(xué)性能的影響
在給定的溫度和轉子轉速條件下，影響動(dòng)態(tài)硫化橡塑共混物流動(dòng)黏度的主要因素是橡膠相的形態(tài)以及塑料相的平均分子量。
隨著(zhù)共混時(shí)間的延長(cháng)，體系的平衡轉矩逐漸降低。TPV的拉伸強度和100%定伸應力在共混時(shí)間增長(cháng)時(shí)，先增強后減弱。撕裂強度則隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)而下降。拉斷伸長(cháng)率的變化則是先增后減再增。硬度基本保持穩定。
之所以出現這種情況，是因為在共混時(shí)間較短時(shí)，SEBS的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )剛開(kāi)始形成，交聯(lián)粒子尺寸較大且在PP連續相中分布不均，導致拉伸時(shí)受力不均。隨著(zhù)共混時(shí)間的延長(cháng)，在強剪切力的作用下，SEBS相被剪切成小顆粒并均勻分散在PP基質(zhì)中，從而提高了體系的力學(xué)性能。然而，當共混時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)，SEBS相的交聯(lián)密度已無(wú)顯著(zhù)變化，而PP連續相由于長(cháng)時(shí)間的高溫剪切作用導致降解，從而造成力學(xué)性能的下降。
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