4-6 热塑性弹性体在线视频

同学们好

现在开始上课

今天的课程来介绍

热塑性弹性体

我们在合成橡胶部分

第一讲中

曾经说道

生胶橡胶中有一个致命的缺点

就是对温度过于敏感

温度稍高 它就会变软变黏

温度一低 它就会变脆变硬

固特异

终其一生致力于研究消除橡胶发粘的方法

因实验中的失误

意外发现了

使橡胶硫化交联的技术

这是今天数10亿美元橡胶工业的基础

但橡胶制品的使用量越大

在生产及使用过程中

产生的越多废旧硫化橡胶

它们属于热固性聚合物材料

在常规条件下不溶解

也不熔融

在自然条件下

很难降解

其回收和再生技术

一直是世界性难题

关系到全球的环境保护

及资源的可持续利用

因此

在业内受到越来越多的关注

上世纪50年代

拜耳公司

首先制备出热塑性聚氨酯弹性体

其作为热塑性弹性体

也就是我们常说的TPE的一种

在常温下

具有橡胶的弹性

在高温下具有可塑化成型的优异性能

不需要硫化

成为突破

热固性橡胶产业难题的一项技术突破点

热塑性橡胶

兼具硫化橡胶的物理机械性能

和热塑性塑料的工艺加工性能

被人们誉为第三代橡胶

热塑性弹性体的结构特点

是由化学键组成不同的树脂段和橡胶段

树脂段也称硬段

凭借链间作用力形成物理交联点

橡胶段也称软段

是高弹性链段贡献弹性

塑料段的物理交联

随温度的变化而成可逆变化

显示出了热塑性弹性体的塑料加工特性

热塑性弹性体的形变原理

及过程

如图所示

热塑性弹性体

作为新一代合成橡胶

已开始取代部分传统合成橡胶

应用领域不断扩大

目前全球热塑性弹性体的产销量

已超过1200万吨

占橡胶产销量的8%以上

许多工业制品

以及胶鞋等

都开始大量使用热塑性弹性体材料

每年以7%~8%的速度飞快发展

热塑性弹性体的加工性能独特

所以我们先来看一下它的加工性能

热塑性弹性体具有硫化橡胶的

物理机械性能

和软质塑料的工艺加工性能

由于不需要像橡胶那样经过热硫化

因而使用简单的塑料加工机械

即可很容易的制成最终产品

它的这一特点

使橡胶工业生产流程缩短了1/4

节约能耗25%~40%

提高效率10~20倍

堪称橡胶工业

又一次材料和工艺技术革命

制造加工热塑性弹性体的主要两种方法

是挤塑和注塑成型

模塑成型用的极少

通过注塑成型

来制造加工热塑性弹性体

既快速

又经济

用于一般热塑性塑料的注塑成型方法

和设备

均适用于热塑性弹性体

热塑性弹性体

还可通过吹塑

热成型

以及热焊接进行加工

而这些方法

均不能应用于热固性橡胶制品

接下来

来看一下热塑性弹性体的性能特点

首先

来看看热塑性弹性体的优点

刚才说过

热塑性弹性体可用一般的热塑性成型机加工

加工方法多样

热塑性弹性体不需硫化

节省能源

如需额外硫化

硫化时间也将大大缩短

热塑性弹性体生产过程中产生的废料

最终出现的废品

用过的旧品可以直接返回再利用

减少环境污染

扩大资源再生来源

此外

热塑性弹性体自补强性大

配方大大简化

从而使配合剂对聚合物的性能制约大为减小

质量性能更易掌握

那么

热塑性弹性体有哪些缺点呢

热塑性弹性体的耐热性不如橡胶

随温度上升而物性下降幅度较大

因而适用范围受到限制

同时

压缩变形

弹回性

耐久性等同橡胶相比较差

价格也往往高于同类橡胶

但总的说来

热塑性弹性体的优点仍十分突出

而缺点

则在不断改进之中

作为一种节能环保的橡胶新型原料

发展前景十分看好

下面带领大家看一下

常见热塑性弹性体的品种

从1958年

德国拜耳公司首先制备出

热塑性聚氨酯

也就是常说的TPU

到20世纪70年代

美 欧 日各国

开始批量生产烯烃类热塑性弹性体以来

技术不断创新

新品种不断涌现

构成了当今热塑性弹性体的庞大体系

使橡胶工业与塑料工业结合联姻

大大向前迈进了一步

下面重点介绍

如图所示的几类应用较多的热塑性弹性体

首先介绍苯乙烯类热塑性弹性体

苯乙烯类热塑性弹性体为丁二烯

或异戊二烯与苯乙烯嵌段型的共聚物

其性能最接近丁苯橡胶

是化学合成热塑性弹性体中

最早被人们研究的品种之一

是目前世界上产量最大的热塑性弹性体

代表性品种为

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物

也就是常说的SBS

广泛用于制鞋业

已大部分取代了橡胶

SBS比原来的PVC

EVA塑料海绵

更富于橡胶触感

且比硫化橡胶要轻

颜色鲜艳

花纹清晰

因而是旅游鞋

运动鞋

时装鞋等一次性大底的理想材料

SBS用作抗冲击改性

即改性的

聚苯乙烯塑料

不仅可以像橡胶那样

大大的改善抗冲击性

而且透明性也非常好

是沥青路面

耐磨

防裂

防软和抗滑的优异改性剂

SBS最大的问题是不耐热

使用温度一般不能超过80摄氏度

同时 其强伸性

耐候性

耐油性

耐磨性等也都无法同橡胶相比

为此

近年来美欧等国

对它进行了一系列性能改进

先后出现了

SBS饱和加氢衍生物

可使抗冲击强度大幅度提高

耐天候性和耐热老化性也好

接下来

介绍烯烃类热塑性弹性体

烯烃类热塑性弹性体

是以聚丙烯为硬链段

和三元乙丙橡胶为软链段的共混物

简称TPO

由于它比其它热塑性弹性体的比重轻

仅为0.88

耐热性高达100摄氏度

耐天候性和耐臭氧性也好

因而成为热塑性弹性体中

又一发展很快的品种

1973年

出现了动态部分硫化的TPO

1981年

出现了完全动态硫化型的TPO

性能又大为改观

最高耐受温度可达120摄氏度

主要是对TPO中的聚丙烯

与三元乙丙橡胶混合物在熔融共混时

加入能使其硫化的交联剂

利用密炼机

螺杆机等机械

高度剪切的力量

使完全硫化的微细三元乙丙橡胶

交联橡胶的粒子

充分分散在聚丙烯基体之中

通过这种交联橡胶的粒子效果

导致TPO的耐压缩变形性

耐热老化性

耐油性等

都得到明显改善

甚至达到了氯丁橡胶的水平

因而

人们又将其称为热塑性硫化胶

现已用其替代丁腈橡胶

氯丁橡胶制造各种橡胶制品

目前

以共混形式采用动态

全硫化技术制备的

热塑性弹性体

已涵盖了11个胶种

和九种树脂

可制出99种橡塑共混物

其硫化的橡胶交联密度

已达7乘以10的负五次方摩尔每毫升

即有97%的橡胶被交联硫化

抗拉伸长率

大于100%

拉伸永久变形不超过50%

烯烃类热塑性弹性体

可以用塑料加工

通用的吹塑

注塑

挤出成型等方式

生产各种零件

尤其是汽车上的密封条

使用TPO已成为时髦

已基本取代了橡胶

再来介绍一下二烯类热塑性弹性体

二烯类热塑性弹性体主要为

天然橡胶的同分异构体

故又称之为热塑性反式天然橡胶

早在400年前

人们作为天然橡胶

即发现了这种材料

但因其产自于与三叶橡胶树不同的古塔波

和巴拉塔等野生树上

因而称为古塔波橡胶

巴拉塔橡胶

这种热塑性反式天然橡胶

用作海底电缆和高尔夫球皮等

虽已有100余年历史

但因呈热塑性状态

结晶性强

可供量有限

用途长期未能扩展

1963年以后

美 加 日等国

先后以有机金属触媒

制成了合成的热塑性反式天然橡胶

反式聚异戊二烯橡胶

它的微观结构同异戊橡胶刚好相反

反式结构占99%

结晶度40%

熔点67摄氏度

同天然产的古塔波和巴拉塔橡胶极为类似

因此

已开始逐步取代天然产品

并进一步发展到用于

整形外科器具

石膏代替物

和运动保护器材

近年来

利用反式聚异戊二烯橡胶

优异的结晶性和温度的敏感性

又成功的开发

作为形状记忆橡胶材料

备受人们青睐

图中展示了天然橡胶

与反式聚异戊二稀橡胶

不同质量比所获橡胶的形状记忆效应

形状记忆橡胶在防扎汽车轮胎

家居日用品

医疗用品中

有着非常广泛的应用

从结构上来说

反式聚异戊二烯橡胶

是以高度的反式结构所形成的

结晶性作为硬链段

在与其余任意呈弹性状态的软链段结合

而构成的热塑性橡胶

同其他热塑性弹性体相比

优点是机械强度

耐伤性好

又可硫化

缺点是软化温度非常低

一般只有40-70摄氏度

用途受到限制

中国正在开发中的还有大量产于

湘

鄂

川

贵

一带的

杜仲树上的杜仲橡胶

它也是一种反式1 4聚异戊二烯天然橡胶

资源非常丰富

颇具发展潜力

氯乙烯类热塑性弹性体

氯乙烯类热塑性弹性体分为

热塑性聚氯乙烯

和热塑性氯化聚乙烯两大类

前者称为TPVC

后者称为TCPE

TPVC主要是

PVC的弹性化改质物

又分为

化学聚合和机械共混两种形式

机械共混

主要是部分交联丁腈橡胶

混入PVC中形成的共混胶

这种TPVC可视为PVC的改性品

和橡胶的代用品

主要用其制造胶管

胶板

胶布

及部分胶件

目前70%以上

消耗在汽车领域

如汽车的方向盘 雨刷条等等

再来看一下聚氨酯类热塑性弹性体

聚氨酯弹性体

又称聚氨酯橡胶 也就是PUR

它属于特种合成橡胶

聚氨酯弹性体通常为一种嵌段聚合物

长链多元醇

与异氰酸酯反应得到的聚氨酯作为软段

短链二元醇扩链剂

与异氰酸酯反应得到的聚氨酯作为硬段

硬段与软段相间的特殊结构

赋予了聚氨酯良好的弹性和机械性能

以及可热塑加工的特殊性能

传统上

按聚氨酯弹性体加工特性的不同

又分为浇注型

热塑型

和混炼型三大类

混炼型聚氨酯弹性体

是采用聚醚多元醇

和异氰酸酯反应制得的

固体生胶状聚合物

利用传统橡胶加工机械的加工程序

进行塑炼混炼

用模具硫化成型

浇注型聚氨酯弹性体

它是采用聚醚多元醇和异氰酸酯

扩链剂等配合剂

经两步或一步法合成的

线型液态聚合物

它是液体状态浇注在模具中

加热 熟化

使其转化成

具有一定网状结构的橡胶状固体

热塑性聚氨酯弹性体

它是使用聚醚多元醇

和异氰酸酯反应生成线型的聚合物

然后经过加工

成为颗粒状固体

聚氨酯弹性体是弹性体比较特殊的一类

其原材料种类很多

配方多种多样

可调范围很大

聚氨酯弹性体硬度范围很宽

是介于橡胶与塑料之间

一类特殊的高分子材料

热塑性聚氨酯弹性体具有优异的机械强度

耐磨性

耐油性

和耐屈挠性

特别是耐磨性最为突出

缺点是耐热性

耐热水性

耐压缩性较差

外观易变黄

加工中易粘模具

目前

在欧美等国主要用于制造滑雪靴

登山靴等体育用品

并大量用于生产各种运动鞋

消耗量甚多

热塑性聚氨酯弹性体

还可通过注塑

和挤出等成型方式

生产汽车

机械

以及钟表等零件

再来看一下聚酯类热塑性弹性体

热塑性聚酯弹性体

也就是TPEE

又称为聚酯橡胶

是一类含有

聚对苯二甲酸丁二醇酯

也就是PBT

聚酯硬段

和脂肪族聚酯

或聚醚软段的线型嵌段共聚物

热塑性聚酯弹性体

兼具橡胶优良的弹性

和热塑性塑料的易加工性

软硬度可调

设计自由

是热塑性弹性体中备受关注的新品种

随原料品种及其原料配比的不同

得到不同品种和牌号的热塑性聚酯弹性体

其硬度跨越宽广的范围

热塑性聚酯弹性体在低于结晶相熔点时

同样具有物理“交联”的微相分离结构

连续相由软段

以及链长度不够

或链缠结而不能结晶的

其它聚酯链段构成

它赋予聚合物以弹性

改变结晶相

与无定型相的相对比例

可以调整聚合物的硬度

模量

耐化学侵蚀性能和气密性能

显然

结晶链段的含量越高

硬度就越高

热塑性聚酯弹性体

具有一系列的优越性能 尤其是弹性好

抗屈挠性优异

耐磨以及使用温度范围宽

此外 还具有良好的耐化学介质

耐油

耐溶剂

及耐大气老化等性能

热塑性聚酯弹性体

在工业领域有着广泛的应用

用热塑性聚酯弹性体做成的工业油管

具有强度高

柔软

使用温度范围宽

耐屈挠 疲劳

和耐蠕变等特点

因而

适用多种场合下使用

如用热塑性聚酯弹性体做成的软管

即使很薄

强度也较大

温度使用范围可在-40~120摄氏度

因为可以不加增塑剂

因而无增塑剂喷出到制品表面

也由于不使用大量碳黑

胶料介电性能好

还可以连续挤出

无需硫化工序

热塑性弹性体

有着非常广泛的品种

和非常丰富的性能

在表中

我对不同的热塑性弹性体的性能

进行了总结 对照

请各位同学在课后结合其结构特点

总结一下它们的性能的变化规律及原因

好的 各位同学

有关合成橡胶的内容

我们就给大家介绍到这里

谢谢各位同学