TPS作为热塑性弹性体TPE中的一种特殊材料, 它同样既具有塑料的特性, 又具有橡胶特性。通常情况下, 热塑性弹性体在常温下具有橡胶弹性, 在高温下能够塑化成型, 故被称为“第三代橡胶”[1]。SEBS是一种典型的热塑性弹性体, 具有优异的耐热性、耐候性、电性能、着色性、环保性能以及耐低温性等, 但其加工性能相对较差, 改性SEBS的官能团可以有效提高SEBS各项性能。本文以PP改性SEBS热塑性弹性体为研究对象, 考察了熔融加工过程中不同工艺条件 (如:螺杆组合、螺杆转速和加工温度) 对其性能的影响。
1 SEBS/PP热塑性弹性体材料概述
由于SEBS热塑性弹性体材料具有密度大、刚性强、粘度偏大以及价格昂贵等特点, 致使SEBS无法单独作为弹性体材料使用。为提高SEBS热塑性弹性体材料的加工性能, 通常采用热塑性塑料 (典型的共混热塑性塑料以PP材料为主) 与SEBS进行共混改性方法, 形成以乙烯/丁烯 (EB) 为软段、以聚苯乙烯 (PS) 为硬度的嵌段式共聚物, 从而优化SEBS热塑性弹性体材料结构, 改进SEBS热塑性弹性体材料性能。
采用PP材料改性SEBS热塑性弹性体材料具有诸多优点[2]。其中, 一方面, 采用PP改性SEBS热塑性弹性体材料, 有助于促进其熔融粘度的降低, 提高SEBS热塑性弹性体材料加工流动性;另一方面, 采用PP改性SEBS热塑性弹性体材料对于改性其力学性能具有重要作用, 同时由于PP材料价格相对低廉, 有利于SEBS热塑性弹性体材料成本的降低。
2 影响热塑性弹性体材料SEBS/PP (TPE-S) 性能的加工工艺条件
加工工艺条件主要从螺杆组合、螺杆转速和加工温度三方面分析对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能的影响, 具体为[3]:
2.1 从螺杆组合对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响方面分析, 正向减导程螺纹元件构成的螺杆, 降低了聚合物共混颗粒的剪切效率;带反向螺纹元件的螺杆, 提高了聚合物共混颗粒的剪切效率;在螺纹元件所组成的螺杆中, 聚合物熔融过程中所产生的变形较小。可见, 双螺杆挤出机的螺杆组合不同, 对于SEBS/PP热塑性弹性体材料共混效率影响不同。
2.1.1 从螺杆转速对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响方面分析, 当双螺杆挤出机螺杆转速较大时, 由于螺杆中的螺菱与材料之间的相对摩擦增强, 对原料塑化变稀具有显著效果, 有效促进了物料在挤出机中的停留时间, 但易导致物料发生再聚问题;当双螺杆挤出机螺杆转速较小时, 由于螺杆中的螺菱与材料之间的相对摩擦降低, 对物料的剪切效果不好, 易造成物料颗粒粉碎和分散不均匀。可见, 螺杆转速对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响显著。
2.1.2 从加工温度对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响方面分析, 通常情况下高分子材料对温度变化反应相对灵敏, 特别是在熔融挤出过程中, 挤出温度控制至关重要。对于加工温度而言, 其既来源于挤出机自身设定的熔融温度, 又受物料剪切生热影响显著。挤出加工温度应适宜, 温度过高则易导致共混物料发生降解变色 (主要是PP材料分解) , 温度过低则导致物料共混效果不佳。
3 研究意义
以SEBS/PP热塑性弹性体材料为研究对象, 材料加工设备采用双螺杆挤出机, 对材料的加工成型工艺与结构、性能之间的关系进行了深入研究[4]。对于高分子材料, 特别是SEBS/PP热塑性弹性体材料其使用性能取决于高分子聚集态结构, 而SEBS/PP热塑性弹性体材料结构在熔融加工过程中发生变化, 进而对SEBS/PP热塑性弹性体材料应用性能有显著影响。
目前, 国内针对SEBS/PP热塑性弹性体材料受双螺杆挤出机螺杆组合、螺杆转速和加工温度影响相关研究较少。通过本文研究分析, 探析出双螺杆挤出机螺杆组合、螺杆转速和加工温度对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响, 并通过改变双螺杆挤出机的螺杆组合、调节双螺杆挤出机的加工工艺参数等, 优化和改善SEBS/PP热塑性弹性体材料使用性能, 为其在后期实践应用中指导。此外, 本研究可以为塑料改性的苯乙烯类热塑性弹性体的加工工艺提供理论基础和实践依据[5]。
4 结语
总而言之, 通过研究不同加工工艺条件对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响, 了解了双螺杆挤出机螺杆组合、螺杆转速和加工温度对SEBS/PP热塑性弹性体材料性能影响。应用理论的研究以指导具有特殊性能的弹性体材料的设计, 为最终得到既保持橡胶特性, 又具有综合性能的新型高分子弹性材料的研究在理论上提供依据。
摘要：以SEBS/PP (TPE-S) 热塑性弹性体材料为研究对象, 着重考察了不同熔融加工工艺条件下 (螺杆组合、螺杆转速和加工温度等) SEBS/PP (TPE-S) 热塑性弹性体材料性能变化, 以优化SEBS/PP热塑性弹性体材料加工工艺, 指导SEBS/PP (TPE-S) 热塑性弹性体材料的实际应用。
关键词：加工工艺条件,SEBS/PP (TPE-S) 热塑性弹性体,性能,影响
参考文献
[1] 冯威, 张强, 伍德珍, 李齐方, 励杭泉, 金日光, 高分子学报, 2000年10月, 第5期.
[3] 吕峰和, 孔东胜, 宋江颖, 等.啮合同向双螺杆挤出机螺杆组合及其应用, 河南科学, 2003, 121 (1) :94-96.
[4] Harm Veenstra, Paul C.J.Verkooijen, Barbara J.Jvan Lentetc.Polymer41 (2000) 1817-1826.
[5] Norman S.Allen, Michele Edge, Despina Mourelatou, Arthur-Wilkinson, Christopher M.Liauw, M.Dolores Parellada, Juan A.BAR-RIO, V.Ruiz Santa Quiteria.Polymer Degradationand Stability79 (2003) 297-307.
[5] 北京化工学院, 天津轻工业学院, 《塑料成型机械》[M].北京:中国轻工业出版社, 2000, 8.