解析共混工藝對SEBS/PP熱塑性彈性體的力學性能的影響
2024-02-01
SEBS是熱塑性體SBS的加氫產物，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，且安全無毒、綠色環保，在業界有“橡膠黃金”之稱。
SEBS與聚丙烯(PP)經過動態硫化共混，融合成為一種卓越的熱塑性彈性體(TPV)。TPV獨擁有雙重的網絡構造，是由化學交聯網絡和物理交聯網絡共同構成。在化學交聯網絡中，交聯的SEBS分散相在PP連續相中形成緊密的結構。而在物理交聯網絡中，交聯的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結構，使得TPV在保持長期彈性和耐油性上，遠超傳統的三元乙丙橡膠。
動態硫化共混過程中，溫度、時間和轉速對最終的TPV的力學性能有著至關重要的影響。這些因素決定了共混的效果，進而影響了TPV的力學性能。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，斷裂伸長率先降低后增加，撕裂強度先降低后增加再降低，硬度無明顯變化。
共混溫度對SEBS與PP的熔體黏度有著顯著影響，當兩者的黏度相匹配時，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，以保障材料在混合過程中保持良好的流動性。
隨著溫度的升高，TPV的拉伸強度與100%定伸應力初時微增，但當溫度大于180℃后，卻呈現下降趨勢。其原因在于低溫時，體系黏度較高，物料在流變儀密煉腔內流動翻轉困難，導致混煉不均勻。當硫化體系加入后，形狀不規則的SEBS交聯顆粒在PP基體中的分散不均，這影響了TPV的性能。然而，隨著溫度的升高，物料黏度降低，SEBS交聯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，PP分子長鏈發生斷裂，導致基體性能下降。此外，DCP的分解速度加快，導致SEBS的交聯密度降低，這進一步影響了TPV的性能。
當轉子轉速低時，TPV的拉升強度較差，原因在于無充油狀態下，SEBS的黏度較高，導致加工性能受限。此時，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，轉速的增加導致了更強的剪切作用，使SEBS粒子被進一步撕裂成更小的顆粒，并促使分散變得更均勻。在混煉過程中，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SEBS粒子數量的增加，粒子間的摩擦也顯著增大。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，相反的斷裂伸長率、撕裂強度與硬度則隨著轉子轉速的提高，呈現出下降趨勢。
共混時間對力學性能的影響
在給定的溫度和轉子轉速條件下，影響動態硫化橡塑共混物流動黏度的主要因素是橡膠相的形態以及塑料相的平均分子量。
隨著共混時間的延長，體系的平衡轉矩逐漸降低。TPV的拉伸強度和100%定伸應力在共混時間增長時，先增強后減弱。撕裂強度則隨著時間的延長而下降。拉斷伸長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，是因為在共混時間較短時，SEBS的交聯網絡剛開始形成，交聯粒子尺寸較大且在PP連續相中分布不均，導致拉伸時受力不均。隨著共混時間的延長，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基質中，從而提高了體系的力學性能。然而，當共混時間過長時，SEBS相的交聯密度已無顯著變化，而PP連續相由于長時間的高溫剪切作用導致降解，從而造成力學性能的下降。
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