CN102268170A - 高性能热塑性弹性体及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高性能热塑性弹性体及其应用，原材料组分是以SEBS为基材，配合均聚聚丙烯、乙丙弹性体、矿物油、矿物填充、助剂等，相比于聚氨酯、TPV等，产品的质量更加稳定以及更加高效；同时采取适当的复配技术可使材料各组分间形成互穿聚合物网络结构，其拉伸强度在13.5MPa以上及压缩永久变形能力小于30%，本发明可应用于制造城市交通轨道垫片等，具有良好的防震性能与缓冲性能、压缩永久变形低、机械强度及耐久性高等优点。

Description

高性能热塑性弹性体及其应用
技术领域
本发明公开一种高性能热塑性弹性体及其应用，按国际专利分类表(IPC)划分属于高分子新材料类制造技术领域，尤其是涉及一种用于制造轻轨、地铁、高铁减震垫片等类似材料的苯乙烯类热塑性弹性体及其制作方法。
背景技术
“武广”高铁开通营运意味着高铁时代的到来，许多新材料（聚氨酯等热塑性弹性体）也逐步纳入到高铁建设中来，以满足其对性能的特殊要求。高速发展的高铁时代，势必诱发对原材料的广泛需求，而轨道减震垫片作为高铁的基础部分，将成为不可估量的部分，那么对于轨道垫片材料的选择问题将会是一个值得深入探讨的重大问题。
目前用于轨道防震垫板的材料构成必须满足：1.具有良好的防震性能与缓冲性能；2.具有低的压缩永久变形；3.机械强度高，耐久性高。另外还要求该材料能回收再利用，以满足可持续发展的要求。迄今为止，作为铁路或轻轨用垫板材料大多数用的是橡胶。李桂宝等人在“我国重载铁路使用热塑性弹性体轨下垫板的探讨”中（《铁道建筑》2007年（10）P82-83）指出目前一直使用的橡胶垫板有着自身难以克服的缺陷。首先，橡胶本身性质决定了它受气候条件变化影响大，如目前通常轨道使用的丁苯橡胶， 该橡胶的耐候特性相对较差，在热、 氧、紫外线和雨水等因素的作用下，橡胶材料的使用寿命会大大降低，同时在高频重载作用下，加速了材料的老化过程，导致材料过早失效，通常表现为橡胶发黏，会黏在钢轨底部，从而降低减震降噪的效果；其次，橡胶垫板在受力状态苛刻的时候如弯道或坡道，普遍反应寿命短；最后使用后的橡胶垫板很难回收，不利于环保。
为了解决上述问题，也有人尝试使用聚烯烃热塑性弹性体替代原有的轨道垫板材料，并于2000年，成功地上铺设了第一条热塑性弹性体垫板。相比于其他垫片材料，热塑性弹性体材料优势在于：1.可以充分利用热塑性弹性体优异的耐挠曲特性，进行结构设计，使轨下垫板在使用过程中主要发生挠曲形变( 结构变形) ，减小材料本身弹性变形，这样就减少了对材料的压缩破坏，大幅度提高了垫板的使用寿命；2. 相比于其他垫板材料，热塑性弹性体具有更好的力学性能、加工性和耐低温性；3.使用寿命长，成本低。
近来，有资料公开了用含有异氰酸酯、多元醇、链增长剂固化所做的聚氨酯发泡体作为铁路用垫板材料。如专利公开号为CN101058629A所公开的“发泡弹性体聚氨酯及其制造方法以及轨道用垫板”。虽然该材料相比于橡胶垫板材料，在弹性系数、耐久性方面有所改进。但仍存在着很多问题：1.使用反应型发泡剂形成的聚氨酯发泡体不能同时满足弹性系数低、压缩变形系数小、机械强度高的综合要求；2.泡孔不均匀，使得垫板的荷重均匀分散性差；3.不利于环保。4、目前可用于发泡的聚氨酯价格昂贵，成型工艺比较复杂，难以大批量复制生产。
目前合成的聚酯热塑性弹性体（TPEE）低温柔顺性好，低温缺口冲击强度优于目前现有的其他TPE，耐磨耗性与TPU相当。其垫片使用寿命周期也相对较长，可相当于4个橡胶垫或2个聚氨酯垫，但TPEE对加工温度较为敏感，硬度相对较高，不能满足更低硬度的要求，且材料的成本较高。也有用动态硫化的热塑性弹性体（TPV），也可满足一般高铁垫片的要求，且材料成本相比TPEE有所下降，但尚还有许多不足及有待改善之处（拉伸强度，压缩永久变形等），且TPV材料二次回收后性能会有较为明显的下降，回收利用的价值较低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高性能热塑性弹性体及其应用，同时还公开一种高性能热塑性弹性体垫片的制作方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高性能热塑性弹性体，包括以下重量份的各组分：基体树脂 SEBS：8～20份；聚丙烯：1～15份；矿物油：10～30份；乙丙类弹性体：1～15份；加工助剂：0.1～1份；填充料：0～25份；抗老化体系：0.1～0.5份。
进一步，上述的高性能热塑性弹性体可优选为基体树脂 SEBS：10～15份；聚丙烯：3～10份；矿物油：12～20份；乙丙类弹性体：2～10份；加工助剂：0.1～1份；填充料：0～15份；抗老化体系：0.1～0.5份。
本发明提供的用于高铁垫片的高性能热塑性弹性体中，基体树脂SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚弹性体)是选自台湾台橡：6150,6151,6154；日本可乐丽：4033,4044,4055；日本旭化成H1141，H1062 ；美国科腾G-1650，G-1651,G-1654，2705Z ；台湾梓金SB-7501，SE-50843；中石化巴陵石化YH-501，YH-502，YH-503，YH-602等中的至少一种。所述的聚丙烯指的是均聚PP，优选熔体流动速率较低，拉伸强度较高的聚丙烯，优先推荐扬子石化PPF401。所述的矿物油是闪点高于200℃的饱和直链烷烃油或环烷油，优选稠度较高的环烷油矿油，推荐选40℃动粘度为180以上的油。
本发明所提供的用于高铁垫片的高性能热塑性弹性体中，所述的乙丙类弹性体是选自埃克森美孚的乙烯-丙烯弹性体，优选VM-3000。所述的加工助剂是选自硬脂酸盐、聚硅酮、单体树脂中的至少一种，具体如硬脂酸锌等。所述的矿物填料是选自碳酸钙、滑石粉、陶土、硫酸钡、云母粉、高岭土、硅灰石、镁强粉中的至少一种，优选滑石粉。所述的抗老化体系是选自抗氧剂168（三(2, 4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯）、抗氧剂1076（β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯）、抗紫外线剂944（癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯）、抗紫外线剂uv-531中的至少2种或全部组合。
本发明所提供的用于高铁垫片的高性能热塑性弹性体，也可以应用地铁减震垫片等类似材料，是以SEBS为基材，配合均聚聚丙烯、乙丙弹性体、矿物油、矿物填充、助剂等经双螺杆高温高剪切混合而成。
通过以上技术方案可以明显看出，本发明所提供的技术方案中的原材料组分是以SEBS为基材，配合均聚聚丙烯、乙丙弹性体、矿物油、矿物填充、助剂等，相比较于现有产品，减少了工序，操作过程和工艺更为简单、能耗相对减小，便于工业化生产，相比于聚氨酯、TPV等，产品的质量更加稳定以及更加高效；同时采取适当的复配技术可使材料各组分间形成互穿聚合物网络结构，在原材料简单组合的基础上进一步提高材料的拉伸强度（13.5MPa以上）及压缩永久变形能力（小于30%）（一般在相同80A硬度，无填充的TPV的拉伸强度只能达到8MPa左右，金陵奥普特公司的TPV产品的拉伸强度在9.8MPa左右，压缩永久变形为38%）；同时通过适当复配形成类似网状结构TPE相比较硫化交联形成网状结构的TPV具有相同甚至更为优越的性能，设计也更加灵活多变，可回收利用且不损害材料的性能，更加符合可持续发展战略。
具体实施方式
实施例：一种高性能热塑性弹性体原，包括以下组分且配比见下表：
其中表中的原料中基体树脂也可用其他高分子量的SEBS所代替，如可乐丽的4055等；
矿物油180#可以为其它闪点高于200℃的环烷油所替换比如KN6008；
均聚PP可以为其它低熔指高拉伸强度的挤出级PP代替，如T30S；
乙丙弹性体VM-3000可以为其它乙烯-丙烯弹性体所代替如VM-3001；
抗老化体系可以为类似抗氧剂168、抗氧剂1076、抗紫外线剂944、抗紫外线剂uv-531中的至少2种或全部组合所代替；
矿物填料是碳酸钙、滑石粉、陶土、硫酸钡、云母粉、高岭土、硅灰石、镁强粉中的一种或一种以上的混合物；
加工助剂硬脂酸锌可以为其它滑剂或单体树脂所代替；
1.原料配比表：
 2.挤出加工
分别按上述配方配比取原料组分，将基体树脂SEBS与矿物油充分混合均匀保存2小时以上，后加入均聚PP、乙丙弹性体、抗老化体系、加工助剂、矿物填充等在高速搅拌机中混合均匀。混合好的物料送入到双螺杆挤出机中，设定双螺杆挤出机的挤出温度为210℃，原材料经双螺杆高速剪切、挤出、水下切粒、风干等即得本发明的用于高铁等垫片的高性能的热塑性弹性体；
3. 性能测试
对上述的各配方制得的热塑性弹性体进行垫板专用性能检测，结果如下表所示：
 备注：流动速率检测方法为220℃，5kg，压缩永久变形检测条件是100℃，72H。
由上述的实施例及测试数据可以很明显的看出，本发明所提供的技术方案相比较于现有垫板所用材料的技术，减少了工艺步骤及注意事项，能耗相对减小，便于工业化生产；相比于聚氨酯、TPV等垫板所需材料，产品的质量更加稳定；同时采取适当的复配技术可使材料各组分间形成互穿聚合物网络结构，在原材料简单组合的基础上进一步提高材料的拉伸强度及压缩永久变形能力；其中本发明弹性体拉伸强度13.5MPa以上及压缩永久变形能力小于35%；而一般在相同80A硬度，无填充的TPV的拉伸强度只能达到8MPa左右，金陵奥普特公司的TPV产品的拉伸强度在9.8MPa左右，压缩永久变形为38%。
另外，本发明通过适当复配形成类似网状结构TPE相比较硫化交联形成网状结构的TPV具有相同甚至更为优越的性能，设计也更加灵活多变，可回收利用且不损害材料的性能，更加符合可持续发展战略。
本发明制作的高铁、地铁或城市交通轨道减震垫片具有良好的防震性能与缓冲性能；具有低的压缩永久变形；机械强度高，耐久性高。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (9)

1.一种高性能热塑性弹性体，包括以下重量份的各组分：
基体树脂 SEBS ：8～20份；
聚丙烯：1～15份；
矿物油：10～30份；
乙丙类弹性体：1～15份；
加工助剂：0.1～1份；
填充料：0～25份；
抗老化体系：0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于包括以下重量份的各组分：
基体树脂 SEBS：10～15份；
聚丙烯 ：3～10份；
矿物油 ：12～20份；
乙丙类弹性体：2～10份；
加工助剂：0.1～1份；
填充料：0～15份；
抗老化体系：0.1～0.5份。
3.根据权利要求1或2所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的基体树脂SEBS为苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚弹性体，可选自SEBS G1651、SEBS 6151、SEBS 4055中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的所述的聚丙烯指的是均聚PP；所述的矿物油是闪点高于200℃的饱和直链烷烃油或环烷油；所述的乙丙类弹性体是选自埃克森美孚的乙烯-丙烯弹性体。
5.根据权利要求1或2所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的加工助剂是选自硬脂酸盐、聚硅酮、单体树脂中的至少一种；所述的填充料为矿物填料，是选自碳酸钙、滑石粉、陶土、硫酸钡、云母粉、高岭土、硅灰石、镁强粉中的至少一种；所述的抗老化体系是选自抗氧剂168、抗氧剂1076、紫外线吸收剂944、抗紫外线剂uv-531中的至少2种或全部组合。
6.根据权利要求4所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的聚丙烯熔体流动速率较低及拉伸强度较高的聚丙烯的均聚PP聚丙烯；所述的矿物油选自稠度较高及40℃动粘度为180以上的环烷油矿油。
7.根据权利要求1至6所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的高性能热塑性弹性体是互穿聚合物网状结构TPE，其拉伸强度13.5MPa以上，压缩永久变形能力小于30%。
8.根据权利要求1至6所述的高性能热塑性弹性体，其特征在于：所述的高性能热塑性弹性体在铁路轨道减震垫片的应用。
9.根据权利要求1至6所述的高性能热塑性弹性体的制作方法，其特征在于如下步骤：分别按权利要求1或2中配方配比取原料组分，将基体树脂SEBS与矿物油用高速搅拌机充分混合均匀并存放2小时以后使用，按相应配比加入均聚PP、乙丙弹性体、抗老化体系、加工助剂、矿物填充并在高速搅拌机中混合均匀；混合好的物料送入到双螺杆挤出机中，设定双螺杆挤出机的挤出温度为210℃，原材料经双螺杆高速剪切、挤出、水下切粒、风干即得用于铁路轨道垫片的高性能热塑性弹性体，其具有网状结构TPE，其拉伸强度13.5MPa以上，压缩永久变形能力小于30%。
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