熱塑性彈性體TPV結(jié)構(gòu)性能及其在汽車系統(tǒng)的應(yīng)用

1、熱塑性硫化膠（TPV）的結(jié)構(gòu)性能及其應(yīng)用余慶彥田洪池韓古彬陳文泉劉小平（山東道恩北化彈性體材料有限公司，山東龍口 100029）1熱塑性彈性體的分類熱塑性禪性體（Thermoplastic elastomers, TPE）是一種在常溫顯示橡膠髙彈性，髙溫下又 可進(jìn)行塑性加工的一類髙分子材料，兼有熱塑性塑料的加工成型特征和硫化橡膠的彈性，常 被人們稱為第三代橡膠。與傳統(tǒng)的橡膠材料相比，TPE具有可反復(fù)成型，邊角料和廢棄物可 回收利用的特點(diǎn)，因此TPE成為目前發(fā)展速度較快的高分子材料品種之一。目前，經(jīng)過多 年的開發(fā)，TPE品種得到很大的豐富。通常，按交聯(lián)性質(zhì)的不同，主要可分為物理交聯(lián)型和 化學(xué)交聯(lián)

2、型兩大類：按髙分子鏈結(jié)構(gòu)特征的不同，主要可分為嵌段聚合物和接枝聚合物兩大 類：而在商業(yè)流通中，習(xí)慣按其制備生產(chǎn)方法的不同進(jìn)行分類，主要分為化學(xué)合成法和橡/ 塑機(jī)械共混法兩大類（如表1）。表1熱塑性彈性體（TPE）的種類熱塑性彈性體化學(xué)合成法嵌段共聚物聚苯乙烯一彈性體嵌段共聚物SBS、SEBS. SIS多嵌段共聚物聚酯類聚氨酯類聚酰胺類聚烯炷類聚硅氧烷類氟烯婭共聚物（氟橡膠類）接枝共聚物氯化丁基橡膠一接枝聚苯乙烯類聚丁二烯橡膠一接枝聚苯乙烯類乙丙橡膠一接枝聚苯乙烯類均聚物髙1,2聚丁二烯反1,4 一聚異戊二烯機(jī)械共混法乙丙橡膠/聚丙稀類簡單（非硫化）共混法動態(tài)硫化共混法部分硫化TPO全硫化TPV

3、二烯燒橡膠/聚 烯炷類NR/PP(PE)SBR(BR)/PP(PE)NBR/PPNBR/PVC 類非交聯(lián)型交聯(lián)型精品資料推薦離子型IIR/PPACM/PPNBR/PACPE彈性體/樹脂類CPE/PVCCPE/PA2熱塑性硫化膠（TPV）的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)熱塑性硫化膠（Thermoplastic vulcanizate, TPV）是采用動態(tài)全硫化技術(shù)制備的一類共 混型熱塑性彈性體材料，其中動態(tài)全硫化是指首先將熱塑性樹脂與橡膠熔融共混，然后投入 交聯(lián)劑，橡膠相在強(qiáng)烈的機(jī)械剪切作用和交聯(lián)劑的化學(xué)交聯(lián)作用下，被剪切破碎成大量微米 級交聯(lián)橡膠顆粒，分散在熱塑性樹脂連續(xù)相基體中的過程。因此，TPV的結(jié)構(gòu)特征

4、不同于 髙分子合成方法制備的熱塑性彈性體（如苯乙烯嵌段共聚型TPE）,而是具有特殊的海-島相 態(tài)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。其結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）橡膠粒子粒徑為12pm, 橡膠粒子的交聯(lián)密度大于7xl0?mol/ml,粒子內(nèi)部還含有填充增強(qiáng)劑、增塑劑和其他配合劑。 這些數(shù)目眾多的細(xì)小交聯(lián)橡膠粒子呈分散相存在，且粒子之間應(yīng)沒有化學(xué)鍵接，從而賦予了 TPV優(yōu)良的高彈性。（2）少量的塑料相包覆在交聯(lián)橡膠粒子周用形成連續(xù)相，從而賦予了 TPV優(yōu)良的熱塑流動性和可反復(fù)加工性。/填耕齋增塑剤、交聯(lián)橡膠粒子塑料連續(xù)相圖2 TPV的掃描電鏡照片圖1TPV結(jié)構(gòu)示意圖上述的特殊海-島相態(tài)結(jié)構(gòu)決泄了 TPV材

5、料具有優(yōu)良的綜合性能，使其成為傳統(tǒng)熱固性 橡膠的一種理想替代材料。與傳統(tǒng)熱固性橡膠相比，TPV不僅具有熱固性橡膠的高彈性和 使用性能，而且，打破了熱固性橡膠的成型方法和回收方法，可采用塑料的各種成型方法進(jìn) 行成型價格，且可以方便地進(jìn)行回收再利用。TPV的性能特點(diǎn)總結(jié)如下：（1）兼具熱塑性 塑料加工便利性和熱固性橡膠的高彈性；（2）免硫化，制品成型工藝簡單，大大降低了能耗:（3）性能范|羽寬廣，硬度范用從邵氏25A5OD,應(yīng)用溫度范圍從-60°C140°C。低硬度TPV （邵氏A95以下）性能更接近于橡膠，高硬度TPV （邵氏A95以上）性能更接近于韌性塑 料：4）材料可反復(fù)

6、回收利用，大大節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境；（5）同物理交聯(lián)型TPE （如 SBS）相比，TPV中的橡膠相屬于化學(xué)交聯(lián)，因此TPV具有優(yōu)良的耐熱性能和耐老化性能。 此外，TPV制品還具有良好的外觀手感及氣味。3熱塑性硫化膠（TPV）在汽車系統(tǒng)的應(yīng)用3.1通用型TPV在汽車系統(tǒng)的應(yīng)用TPV的最大應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槠嚺浼圃煨袠I(yè)，汽車配件具有種類多、總量大的特點(diǎn)，而TPV 可采用多種加工手段（如擠出、共擠出、注塑等）來滿足不同制品的要求，目前得到廣泛應(yīng) 用的主要為EPDM/PPTPV和NBR/PPTPV兩大類。隨著汽車向高性能（高速、安全、舒適、 節(jié)能、環(huán)保）、長壽命及輕量化發(fā)展，汽車部件特別是汽車密封系統(tǒng)、

7、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等采用TPV 取代傳統(tǒng)的熱固性硫化膠的呼聲越來越髙。TPV在汽車密封系統(tǒng)的應(yīng)用有擋風(fēng)玻璃密封條、 側(cè)邊反射鏡的密封、遮陽篷的密封材料等：在汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用包括空氣通風(fēng)管、軟管、 防護(hù)罩、防箴座墊、軸套等。在其他汽車部件的應(yīng)用有剎車部件（皮碗、皮圈）和消音部件等。 目前，在轎車應(yīng)用領(lǐng)域，EPDM/PPTPV正以每年16%增長速度取代傳統(tǒng)熱固性橡膠。通常，按照國際上通用的部件分類方法，TPV主要應(yīng)用范囤主要有如下幾類：耐候性密封件：包括動態(tài)密封件和靜態(tài)密封件。動態(tài)密封件有車門密封、車窗玻璃密封、 車燈密封及各種邊角的特姝密封等：靜態(tài)密封件有風(fēng)擋玻璃密封、邊窗密封、頂棚密封等。熱塑性硫

8、化膠TPV在汽車密封系統(tǒng)的表現(xiàn)如圖3所示。后謝密封件牟頂竝糸密時件天窗密封件車頂密封件 發(fā)幼機(jī)罩挙 車頭密封件分割越玄封件 角適線內(nèi)希線外常線 封件車門攔板副門靜態(tài)玄封 動態(tài)超封圖3熱塑性硫化膠TPV在汽車密封系統(tǒng)的表現(xiàn)車廂內(nèi)部件：主要是轎車車廂內(nèi)部的齊種部件，有各種把手與手柄，如檔位手柄、窗戶 搖柄、門把手等；插頭、插座、托盤等。其最大的特殊要求是針對產(chǎn)品氣味的，因?yàn)樵谲噹?內(nèi)對制件嚴(yán)格要求無味。另外在著色性能上也要求較高。由于制件形狀的特殊性，多數(shù)車廂 內(nèi)部件是通過注塑生產(chǎn)的。車輛外部件：外部件主要是指乘客車廂以外的部分所使用的彈性體制件，如汕箱密封件, 前擾流器、整流罩風(fēng)門片、后視鏡襯墊

9、、車燈密封件、燃油進(jìn)口蓋、擋泥板等。因?yàn)榇蠖嗍?戶外制件，所以一般對耐候性要求很高。3.2新型功能化TPV在汽車系統(tǒng)的應(yīng)用功能化TPV的開發(fā)進(jìn)一步拓展了其在汽車系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用，也充分體現(xiàn)了 TPV材料在 汽車系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢。目前，我們已成功開發(fā)了以下幾類產(chǎn)品：精品資料推薦汽車玻璃導(dǎo)槽產(chǎn)品：該密封件主要在半動態(tài)狀態(tài)下應(yīng)用，即車窗關(guān)閉時密封唇處于抑制 狀態(tài)，而在車窗打開時這抑制狀態(tài)得以釋放直至下一次車窗關(guān)閉。該部件可采用剛性PP作 為實(shí)心底部（便于裝配）與柔軟低摩擦覆涂的TPV密封曆進(jìn)行共擠，制備具有較低滑動系 數(shù)，無摩擦吱叫聲，低硬度、外觀漂亮且環(huán)保的滑槽涂覆產(chǎn)品。為確保汽車門上的玻璃窗能 夠

10、順滑地上下移動，必須在所有動態(tài)密封唇使用低摩擦涂層，目前主要采用的方案有：利用 靜電箱進(jìn)行軸向纖維植絨；噴涂或共擠特種涂泥釉材料。特種涂泥柚材料（低摩擦、滑動涂 覆級TPV）的開發(fā)顯示，在提供優(yōu)良的耐磨性的同時可以設(shè)計(jì)最低摩擦系數(shù)（COF）o TPV 作為汽車密封新材料，還具有其它材料無法相媲美的特性，它可通過注塑的手段直接與硬質(zhì) 塑料結(jié)合在一起，大大節(jié)省了傳統(tǒng)橡膠制品與硬質(zhì)塑料粘膠接合時間和省裝配時間，大大降 低了生產(chǎn)成本。TPV的水發(fā)泡技術(shù)：該技術(shù)被認(rèn)為最具挑戰(zhàn)性的取代應(yīng)用技術(shù)，傳統(tǒng)的汽車發(fā)泡零部 件大多采用EPDM化學(xué)發(fā)泡。TPV水發(fā)泡的產(chǎn)品具有良好的表而光潔度、低吸水，而且可 以在輕、

11、軟以及壓力變形之間取得最佳效果，并可進(jìn)行無折痕設(shè)汁。產(chǎn)品主要有水發(fā)泡行李 箱密封條、軟發(fā)泡密封條、車門發(fā)泡海綿等。當(dāng)然水發(fā)泡對設(shè)備的要求很高，價格也很貴。 目前我們已經(jīng)開發(fā)出化學(xué)發(fā)泡體系的TPV及其相應(yīng)的配方體系和工藝，可以實(shí)現(xiàn)采用普通 的單螺桿擠出發(fā)泡。汽車高壓阻燃點(diǎn)火線產(chǎn)品：目前，我們開發(fā)的阻燃級TPV,其阻燃抗電壓擊穿級別可 以達(dá)到35KV,阻燃級別為V-0級。由于該類產(chǎn)品可采用擠岀成型加工，使得生產(chǎn)效率得到 了極大提髙。4TPV在工業(yè)用品的應(yīng)用建筑行業(yè)是目前TPV應(yīng)用中的期一個重要要領(lǐng)域。目前主要用于以下幾個方而：門窗 密封部件、高檔建筑天頂防水材料、建筑、道路、橋梁伸縮縫、污水管密封

12、等。建筑業(yè)之所 以選擇TPV,主要有以下幾個原因：抗壓縮變形性，和苴他彈性體相比，TPV即使是在 高溫下也能保持更高百分率的原有形狀。TPV具有極低的收縮率，低于一般柔軟性的PVC。 抗疲勞性，在門縫及動力密封部位的應(yīng)用上，TPV在-6（TC100C下經(jīng)過上百萬次的屈撓 也不會破裂。低溫下的柔韌性，TPV在低于-60C仍能保持它在動力部件中的柔韌性。這 對中國北方建筑有著重要的意義。極高的UV穩(wěn)左性，TPV對UV的穩(wěn)泄性（物理機(jī)械性 能和顏色轉(zhuǎn)變）是其他彈性體不可媲美的。優(yōu)良的裝配性，TPV可以實(shí)現(xiàn)雙硬度的外形 及封條角位的熱力焊接，TPV還能堅(jiān)固地粘合于PP和PE等物料上，這可提供一種強(qiáng)大及

13、 抗撕裂的粘合作用。TPV在電子電氣領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，主要有以下幾個方而：電池殼、電線電纜 絕緣層及護(hù)套，礦山電纜、馬達(dá)軸、變壓器外殼，船舶、礦山、鉆井平臺、核電站及其它設(shè) 施的電力電纜線的絕緣層及護(hù)套，數(shù)控同軸電纜，無線電話機(jī)外殼，電氣腳墊、手把產(chǎn)品， 插座、插頭等。TPV在電子電氣行業(yè)的應(yīng)用主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（DTPV可以擠塑生產(chǎn)，生產(chǎn) 效率和產(chǎn)品效率高：TPV生產(chǎn)數(shù)控同軸電纜，尺寸穩(wěn)定，信號損失小，傳輸質(zhì)量優(yōu)良；精品資料推薦TPV的絕緣性能優(yōu)異：TPV可以保護(hù)電子產(chǎn)品震動受損。此外，PP/EPDM TPV密封制品還應(yīng)用于航運(yùn)集裝箱上，在國際運(yùn)輸使用集裝箱密封行 業(yè)，屬行業(yè)規(guī)左使用的產(chǎn)

14、品。這主要是因?yàn)門PV的使用壽命長，可回收循環(huán)使用，對環(huán)境 友好，綜合性能良好，更重要的是TPV動態(tài)和靜態(tài)密封性能優(yōu)異，能夠滿足集裝箱部件使 用環(huán)境要求。5 TPV在消費(fèi)用品上的應(yīng)用目前，TPV在消費(fèi)用品也得到了廣泛的應(yīng)用，主要有如下幾個領(lǐng)域：剪刀、牙刷、釣魚 竿、運(yùn)動器材、廚房等用品的把柄，手電筒外殼，兒童玩具、玩具輪胎，高爾夫袋，il崔匙 握把、耐熱玻璃容器蓋，鍵盤，食品、飲料、化妝品、衛(wèi)生浴用品的包裝，醫(yī)療用品的包裝, 手工具、電動工具、除草機(jī)及園藝設(shè)備，輪子、握把、蜂鳴器、管件、皮帶、接頭的軟質(zhì)零 件，注射針塞、靜脈管組件與藥瓶塞、奶瓶嘴、奶嘴、心電擊器、ECG監(jiān)視器用電纜套管、 需射手術(shù)筆等。消費(fèi)用品領(lǐng)域之所以越來越多使用TPV,主要是因?yàn)椋嚎梢越档椭瞥刹考?的成本，TPV密度較輕，每個部件的材料用量可減至30%。此外，TPV加工過程中產(chǎn)生的廢 料可循環(huán)使用。與部件性能相配的外觀，TPV部件外觀精美，不發(fā)粘、不脆