CN109608810A - 一种热塑性弹性体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性体，具体涉及一种热塑性弹性体，属于高分子材料领域。本发明热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：100‑120份，PP：60‑80份，三维针刺碳纤维：10‑20份，阴离子型聚丙烯酰胺：10‑20份，润滑剂：5‑10份，纳米碳酸钙：5～10份，抗氧剂：0.2～0.4份。本发明热塑性弹性体采用SEBS作为主要组成，在此基础上加入聚丙烯，起到降低晶界应力，减少体系缺陷的作用，同时加入三维针刺碳纤维不仅使其起着增强机械性能的作用，同时还能起到减小摩擦系数，增加弹性体的摩擦性能的作用。

Description

一种热塑性弹性体
发明领域
本发明涉及一种弹性体，具体涉及一种热塑性弹性体，属于高分子材料领域。
背景技术
弹性体是一种性能独特的人造热可塑性弹性体，具有非常广泛的用途。良好的外观质感，触感温和，易着色，色调均一，稳定，耐一般化学品(水、酸、碱、醇类溶剂)；无需硫化即具有传统硫化橡胶之特性，节省硫化剂及促进剂等辅助原料。根据弹性体是否可塑化可以分为热固性弹性体、热塑性弹性体二大类。
热塑性弹性体TPE/TPR，又称人造橡胶或合成橡胶。其产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能，同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产，水口边角粉碎后100％直接二次使用。既简化加工过程，又降低加工成本，因此热塑性弹性体TPE/TPR材料已成为取代传统橡胶的最新材料，其环保、无毒、手感舒适、外观精美，使产品更具创意。因此也是一种更具人性化、高品位的新型合成材料，也是世界化标准性环保材料。
制备热塑性弹性体的基本原料是单体，精制单体常用的方法有精馏、洗涤、干燥等。聚合过程是单体在引发剂和催化剂作用下进行聚合反应生成聚合物的过程。有时用一个聚合设备，有时多个串联使用。后处理是使聚合反应后的物料(胶乳或胶液)，经脱除未反应单体、凝聚、脱水、干燥和包装等步骤，最后制得成品橡胶的过程。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种弹性好、性能优良的热塑性弹性体。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：一种热塑性弹性体，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：100-120份，PP：60-80份，三维针刺碳纤维：10-20份，阴离子型聚丙烯酰胺：10-20份，润滑剂：5-10份，纳米碳酸钙：5～10份，抗氧剂：0.2～0.4份。
本发明热塑性弹性体采用SEBS作为主要组成，在此基础上加入聚丙烯，起到降低晶界应力，减少体系缺陷的作用，同时加入三维针刺碳纤维不仅使其起着增强机械性能的作用，同时还能起到减小摩擦系数，增加弹性体的摩擦性能的作用。
其中，SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。SEBS不含不饱和双键，因此具有良好的稳定性和耐老化性。SEBS具有优异的耐老化性能，既具有可塑性，又具有高弹性，无需硫化即可加工使用，边角料可重使用。此外，SEBS在使用时具有较好的耐磨性和柔韧性，而且具有热塑性塑料的加工性能，并且可以回收再使用。
PP即聚丙烯，具有密度小、易加工、耐化学腐蚀、电绝缘性好等优良特性，且PP能与SEBS形成共混体系，PP中的链段能穿插于SEBS分子链间，形成网络结构，能提高刚性。当其与白油共同加入SEBS中时，起到降低晶界应力，减少体系缺陷的作用，形成的共混体系拉伸强度增大、断裂伸长率减小、邵氏硬度增大、撕裂强度增大。在本发明中，选用PP，是由于PP的作用与其结构有关，而PP分子的各个链段是完全相同的，结构规整，具有较高的结晶度和较完善的晶体结构，因此其性能显著更高。
在上述一种热塑性弹性体中，所述三维针刺碳纤维的密度为0.6-0.8g/cm3。本发明在热塑性弹性体中加入三维针刺碳纤维，其中三维针刺碳纤维中的C元素会与SEBS和PP中的C元素形成致密的C/C复合材料，在内部的制备过程中，随着摩擦过程的不断进行，材料内部的微凸体铸件被剪断或磨平，微凸体的犁沟效应减弱，摩擦系数逐渐降低，因此，在微凸体被磨平后，磨损的微凸体形成的磨屑会在材料内部形成摩擦膜，因粗糙度也达到了一种最佳的动态平衡。因此本发明通过加入三维针刺碳纤维，不仅使其起着增强机械性能的作用，同时还能起到减小摩擦系数，增加弹性体的摩擦性能的作用。
作为优选，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为10-12nm。丝素蛋白涂层不仅有着极好的相容性，而且本发明将其涂覆于三维针刺碳纤维上，能够增加其与SEBS和PP的兼容性，作为丝素蛋白涂层，其丝素的含量越高越好，因为丝素分子之间能形成比较多的氢键，从而使形变能力变小。
在上述一种热塑性弹性体中，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：20-30％，榕树叶表蜡质10-20％，余量为硬脂酸镁。白油是由石油所得精炼液态烃的混合物，具有优良的化学稳定性和光安定性，且能增加产品亮度。在本发明中，加入的白油能与EB段有较好的相容性，而不溶解软化SEBS的PS相，因此能够使SEBS体系有稳定的物理交联网络，增大材料的流动性。在白油的基础上，本发明还加入榕树叶表蜡质，榕树叶表蜡质主要由酸、醇、酯等有机物组成，含蜡质润滑油具备完全生物降解性能，榕树叶表蜡质组分中的酸、醇和酯等大分子有机物在摩擦副间形成承载能力高的润滑油膜，阻止了三维针刺碳纤维和SEBS表面的直接接触，起到了良好的减摩抗磨功效。
本发明在热塑性弹性体的组成中加入阴离子型聚丙烯酰胺，不加入阴离子型聚丙烯酰胺时，由于热塑性弹性体中包含大量的细粒径成分，单位体积内固体颗粒的表面积较大，相互作用较强，容易使固体颗粒互相吸引絮凝成团。加入后，在挤出造粒过程中，弹性体原料平衡切应力和平衡表观黏度均比没有添加阴离子型聚丙酰胺时的大，且制备的过程中挤出造粒的时间越久，其平衡切应力和平衡表观黏度增加比例越小，而在相同挤出造粒时间下下，表观黏度增大幅度大于切应力。
在上述一种热塑性弹性体中，所述纳米碳酸钙的粒径为5-10nm。纳米碳酸钙的加入可改善流变性，提高成型性。由于纳米碳酸钙表面亲油疏水，与均聚PP及SEBS的相容性好。同时将纳米碳酸钙的粒度控制在上述范围，能有效提高或调节制品的刚韧性、光洁度以及弯曲强度，同时能改善加工性能，改善制品的流变性能、尺寸稳定性能、耐热稳定性。
本发明的另一个目的在于提供一种上述热塑性弹性体的制备方法，所述制备方法具体包括如下步骤：按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌100-140min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体。
在上述一种热塑性弹性体的制备方法中，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12-13h。在挤压-滚圆造粒机中进行时，由于挤出物料在滚圆装置中受到离心力、扭转力、摩擦力、重力等共同作用，实际运动轨迹在柱状物所处的圆环面展开成螺旋线。挤出一滚圆是把物料用适当的黏结剂制备软材后通过螺旋造粒机挤出，然后对挤出的圆柱体物料进行滚圆，物料轨迹该呈螺旋线状，圆柱体物料内部间隙小，不易破碎，能够进行较大程度的变形，适合高转速滚圆；圆盘造粒是对已形成的颗粒球核进行滚圆，其运动轨迹受圆盘倾角和转速的影响而不同，该颗粒球核是颗粒原料经雾化的粘结剂溶液湿润后，与周围粉料包裹形成的，内部间隙较大，需经过滚圆阶段缩小间隙以提高颗粒强度，并改善颗粒外观，同时也是颗粒“长大”的过程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明热塑性弹性体采用SEBS作为主要组成，在此基础上加入聚丙烯，起到降低晶界应力，减少体系缺陷的作用，同时加入三维针刺碳纤维不仅使其起着增强机械性能的作用，同时还能起到减小摩擦系数，增加弹性体的摩擦性能的作用；
2、本发明采用挤出-滚圆工序，挤出一滚圆是把物料用适当的黏结剂制备软材后通过螺旋造粒机挤出，然后对挤出的圆柱体物料进行滚圆，物料轨迹该呈螺旋线状，圆柱体物料内部间隙小，不易破碎，能够进行较大程度的变形，适合高转速滚圆。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌100min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体；其中，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：100份，PP：60份，三维针刺碳纤维：10份，阴离子型聚丙烯酰胺：10份，润滑剂：5份，纳米碳酸钙：5份，抗氧剂：0.2份；所述三维针刺碳纤维的密度为0.6g/cm3，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为10nm，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：20％，榕树叶表蜡质10％，余量为硬脂酸镁，所述纳米碳酸钙的粒径为5nm，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12h。
实施例2
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌110min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体；其中，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：105份，PP：65份，三维针刺碳纤维：12份，阴离子型聚丙烯酰胺：12份，润滑剂：6份，纳米碳酸钙：6份，抗氧剂：0.25份；所述三维针刺碳纤维的密度为0.65g/cm3，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为10.5nm，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：22％，榕树叶表蜡质12％，余量为硬脂酸镁，所述纳米碳酸钙的粒径为6nm，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12.5h。
实施例3
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌120min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体；其中，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：110份，PP：70份，三维针刺碳纤维：15份，阴离子型聚丙烯酰胺：15份，润滑剂：8份，纳米碳酸钙：8份，抗氧剂：0.3份；所述三维针刺碳纤维的密度为0.7g/cm3，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为11nm，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：25％，榕树叶表蜡质15％，余量为硬脂酸镁，所述纳米碳酸钙的粒径为7nm，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12.5h。
实施例4
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌130min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体；其中，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：115份，PP：75份，三维针刺碳纤维：18份，阴离子型聚丙烯酰胺：18份，润滑剂：8份，纳米碳酸钙：9份，抗氧剂：0.35份；所述三维针刺碳纤维的密度为0.75g/cm3，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为11.5nm，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：28％，榕树叶表蜡质18％，余量为硬脂酸镁，所述纳米碳酸钙的粒径为8nm，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12.8h。
实施例5
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌140min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体；其中，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：120份，PP：80份，三维针刺碳纤维：20份，阴离子型聚丙烯酰胺：20份，润滑剂：10份，纳米碳酸钙：10份，抗氧剂：0.4份；所述三维针刺碳纤维的密度为0.8g/cm3，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为12nm，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：30％，榕树叶表蜡质20％，余量为硬脂酸镁，所述纳米碳酸钙的粒径为10nm，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为13h。
实施例6
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体三维针刺碳纤维的密度为0.5g/cm3，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例7
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体三维针刺碳纤维的密度为0.9g/cm3，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例8
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体三维针刺碳纤维表面涂覆没有丝素蛋白涂层，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例9
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体采用的润滑剂仅为硬脂酸镁，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例10
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体采用的润滑剂中不含有榕树叶表蜡质，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例11
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体中纳米碳酸钙的粒径为4nm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例12
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体中纳米碳酸钙的粒径为11nm，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
实施例13
与实施例3的区别仅在于，该热塑性弹性体制备过程中采用普通挤出造粒方法，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，该对比例热塑性弹性体为普通市售热塑性弹性体，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，该对比例热塑性弹性体中不含有三维针刺碳纤维，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，该对比例热塑性弹性体中不含有阴离子型聚丙烯酰胺，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，该对比例热塑性弹性体中不含有纳米碳酸钙，其他与实施例3相同，此处不再赘述。
对上述实施例1-13及对比例1-4中制得的热塑性弹性体材料进行性能检测，测试条件见表1，测试结果见表2。
表1：实施例1-13及对比例1-4中热塑性弹性体的性能测试条件
表2：实施例1-13及对比例1-4中热塑性弹性体的性能测试结果
从上述结果可以看出，本发明热塑性弹性体采用SEBS作为主要组成，在此基础上加入聚丙烯，起到降低晶界应力，减少体系缺陷的作用，同时加入三维针刺碳纤维不仅使其起着增强机械性能的作用，同时还能起到减小摩擦系数，增加弹性体的摩擦性能的作用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (7)

1.一种热塑性弹性体，其特征在于，所述热塑性弹性体包括如下重量份数的组分：SEBS：100-120份，PP：60-80份，三维针刺碳纤维：10-20份，阴离子型聚丙烯酰胺：10-20份，润滑剂：5-10份，纳米碳酸钙：5～10份，抗氧剂：0.2～0.4份。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体，其特征在于，所述三维针刺碳纤维的密度为0.6-0.8g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体，其特征在于，所述三维针刺碳纤维表面涂覆有丝素蛋白涂层，所述丝素蛋白涂层的厚度为10-12nm。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体，其特征在于，所述润滑剂为如下质量百分比的组分：白油：20-30％，榕树叶表蜡质10-20％，余量为硬脂酸镁。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性弹性体，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径为5-10nm。
6.一种如权利要求1所述的热塑性弹性体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
按重量份数称取热塑性弹性体的组分，先将SEBS和白油均匀搅拌100-140min，与其他组分共同加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料挤出造粒，得热塑性弹性体。
7.根据权利要求6所述的一种热塑性弹性体的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒在挤压-滚圆造粒机中进行，所述挤压造粒的时间为12-13h。
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