CN115246978B - 一种均一稳定型耐磨tpe材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及热塑性弹性体材料领域，具体公开了一种均一稳定型耐磨TPE材料及其制备方法，均一稳定型耐磨TPE材料由包括下列重量份物质组成：SEBS橡胶颗粒45～50份、聚丙烯8～12份、抗氧化剂0.2～0.5份、白油10～12份和耐磨填料15～20份；所述耐磨填料包括按质量比1～2:2～3:4～5混合的多孔氧化铝、纳米碳酸钙和纳米二氧化硅溶胶。本申请选用耐磨填料对TPE材料进行耐磨改性，再通过纳米二氧化硅溶胶对耐磨填料进行包覆改性，在耐磨填料表面包覆一层保护膜，从而这层保护膜能使滑动摩擦变为滚动摩擦，有效提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
Description
技术领域
本申请涉及热塑性弹性体材料领域，更具体地说，它涉及一种均一稳定型耐磨TPE材料及其制备方法。
背景技术
与传统橡胶相比，TPE橡胶材料拥有更优异的特性，不仅在常温下能显示出橡胶的弹性，高温下又能像塑料易于成型加工，而且工艺简单，生产效率高，可重复利用。因此，就加工而言，它是一种塑料，可像热塑性塑料那样快速、有效、经济地加工成制品；就性质而言，它又是一种橡胶，具有类似于橡胶的力学性能及使用性能。因此，热塑性弹性体在塑料和橡胶之间架起了一座桥梁，且有许多优于塑料和橡胶的特点。
相关技术中授权公告号为CN103589106B的中国专利，公开了一种高耐磨TPE塑芯脚轮专用料，由以下重量份计的原料制成：弹性体100份，聚丙烯12-20份，增强剂2-5份，增塑剂30-50份，改性剂8-15份，功能改性剂15-32份，芳香胺类抗氧剂0.3-0.7份。该TPE材料具有较佳的耐磨性能，与脚轮内芯的结合牢固，且性能稳定，生产成本低，综合性能好。
针对上述中的相关技术，发明人认为，简单通过添加增强剂或者改性剂的技术方案，虽然能在一定程度上提高TPE材料的耐磨性能，但是在实际使用过程中，由于需要更加优异的耐磨性能，所以需要填充大量的耐磨改性填料，这就导致填料填充后分散性能不佳，耐磨填料在TPE材料中发生团聚导致整体稳定性能降低的缺陷。
发明内容
为了克服现有TPE材料耐磨改性后材料均匀性能和稳定性能不佳的缺陷，本申请提供一种均一稳定型耐磨TPE材料及其制备方法，采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供一种均一稳定型耐磨TPE材料，所述均一稳定型耐磨TPE材料由包括下列重量份物质组成：SEBS橡胶颗粒 45～50份、聚丙烯8～12份、抗氧化剂0.2～0.5份、白油10～12份和耐磨填料15～20份；所述耐磨填料包括按质量比1～2:2～3:4～5混合的多孔氧化铝、纳米碳酸钙和纳米二氧化硅溶胶。
通过采用上述技术方案，由于本申请选用耐磨填料对TPE材料进行耐磨改性，由于在使用过程中，当TPE材料出现摩擦的同时，高速磨损下材料表面温度急剧上升，表层材料发生软化，耐磨颗粒在外力作用下被压入软化表层内，未软化的亚表面阻碍了耐磨颗粒的进一步压入和迁移，吸收了填料传递的冲击力，引起材料亚表面颗粒间基体发生塑性变形，同时随着最表层的基体被磨损，逐渐露出耐磨填料，通过耐磨填料承受载荷，避免基体材料与磨盘直接接触，保护基体材料不受磨损，直至填料颗粒自身破碎或与基体脱粘剥离失效，从而有效提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能；
同时，本申请优化了耐磨填料的组分和配比，通过纳米二氧化硅溶胶对耐磨填料进行包覆改性，有效改善耐磨填料的分散性能，通过纳米二氧化硅的有效包覆改性，在耐磨填料表面包覆一层保护膜，从而这层保护膜能使滑动摩擦变为滚动摩擦，进一步改善了耐磨填料的耐磨性能，从而进一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
进一步地，所述均一稳定型耐磨TPE材料还包括3～5重量份的分散改性剂。
通过采用上述技术方案，由于本申请通过添加了分散改性剂材料对TPE材料中添加的耐磨填料的分散性进行改性处理，通过分散剂对耐磨填料的有效包覆和分散改性，进一步改善耐磨填料的分散性能，使填充在TPE材料中的耐磨填料在材料中形成良好的均匀分散的状态，通过均匀的分散改性，耐磨填料形成均匀的填充，从而改善了TPE材料的结构性能，进一步改善了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
进一步地，所述分散改性剂包括按质量比1:5～8混合的植物多酚和植酸。
通过采用上述技术方案，由于本申请选用植物多酚和植酸的混合物作为分散改性剂材料的主要组成部分，由于植酸多酚材料分子内有多邻位酚羟基，可作为多基配体与一个中心离子如镁、锡、铁、钙等络合，形成环状的稳定螯和物，从而对耐磨填料形成良好的包覆结构，进而改善了分散改性剂材料的分散性能，在此基础上，本申请采用的分散改性剂采用了大量的植酸材料，由于植酸材料分子结构中有十二个羟基，其性质稳定且对金属离子的较强络合作用，能有效在耐磨填料表面形成良好的包覆性能，同时植酸包覆后的分散性能较植物多酚性能更加优异，所以本申请优化了分散改性剂材料的祖组成配比，这样，制备的分散改性剂材料能具有更加优异的分散性能和稳定性能。
进一步地，所述植物多酚为葡萄多酚、大麦多酚或茶多酚中的一种或多种的混合物。
通过采用上述技术方案，由于本申请优化了植物多酚的组成，选用较常见且成本较低的植物多酚为原料，有效降低制备的成本，在此基础上，本申请技术方案采用的葡萄多酚、大麦多酚或茶多酚这些植物多酚，还能改善TPE热塑性弹性体材料与耐磨填料之间的结合强度，从而进一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
进一步地，所述分散改性剂pH为8.5～9.0。
通过采用上述技术方案，由于本申请优化了分散改性剂材料的pH值，目的是该pH值下的分散改性剂的材料，能最大程度的与耐磨填料之间形成良好的包覆和分散改性的效果，从而一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
第二方面，本申请提供一种均一稳定型耐磨TPE材料的制备方法，所述均一稳定型耐磨TPE材料的制备步骤包括：S1、耐磨填料制备：按配方将多孔氧化铝、纳米碳酸钙添加至纳米二氧化硅溶胶中，搅拌混合并球磨分散，过500目筛，收集得耐磨填料浆液；S2、分散改性剂制备：先取植物多酚和植酸搅拌混合并溶于去离子水中，采用0.1mol/L氢氧化钠溶于调节pH至8.5～9.0，超声分散并收集得分散改性剂；S3、耐磨填料改性：将耐磨填料浆液与分散改性剂搅拌混合并置于室温下研磨12h，过筛后真空干燥，收集得改性耐磨填料；S4、TPE制备：取SEBS橡胶颗粒、聚丙烯、抗氧化剂、白油和改性耐磨填料搅拌混合并置于密炼机中，塑炼处理即可制备得均一稳定型耐磨TPE材料。
通过采用上述技术方案，本申请的制备方法通过先对耐磨填料进行分散包覆改性处理，再将其添加至TPE材料的制备过程中，同时由于SEBS材料表面硬度较低，而聚丙烯材料表面硬度较高，所以本申请选用了白油进行改性，通过白油改善SEBS/聚丙烯复合材料的柔软性和流动性，使分子链更加柔顺、分子间作用力减小，从而对该体系起到增塑和软化的作用，这样制备的TPE材料具有更加优异的力学强度和机械性能。
进一步地，所述改性耐磨填料粒径为2000目。
通过采用上述技术方案，本申请优化耐磨填料的添加粒径，目的是为了防止耐磨填料颗粒过大，导致与TPE材料之间的结合性能不佳，导致整体力学性能降低，也防止耐磨填料颗粒过细，导致其团聚现象的发生，从而进一步改善了TPE材料的力学性能和结构性能。
进一步地，步骤S1所述纳米二氧化硅溶胶固含量为15％。
通过采用上述技术方案，本申请优化了纳米二氧化硅溶胶的固含量，由于二氧化硅溶胶固含量代表纳米二氧化硅颗粒的含量，所以优化后的纳米二氧化硅能在耐磨填料颗粒表面形成良好的包覆结构和分散体系，同时也使耐磨颗粒表面形成纳米二氧化硅的包覆层，从而有效改善了耐磨填料在实际使用过程中的耐磨性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
第一、本申请选用耐磨填料对TPE材料进行耐磨改性，由于在使用过程中，当TPE材料出现摩擦的同时，高速磨损下材料表面温度急剧上升，表层材料发生软化，耐磨颗粒在外力作用下被压入软化表层内，未软化的亚表面阻碍了耐磨颗粒的进一步压入和迁移，吸收了填料传递的冲击力，引起材料亚表面颗粒间基体发生塑性变形，同时随着最表层的基体被磨损，逐渐露出耐磨填料，通过耐磨填料承受载荷，避免基体材料与磨盘直接接触，保护基体材料不受磨损，直至填料颗粒自身破碎或与基体脱粘剥离失效，从而有效提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能；
同时，本申请优化了耐磨填料的组分和配比，通过纳米二氧化硅溶胶对耐磨填料进行包覆改性，有效改善耐磨填料的分散性能，通过纳米二氧化硅的有效包覆改性，在耐磨填料表面包覆一层保护膜，从而这层保护膜能使滑动摩擦变为滚动摩擦，进一步改善了耐磨填料的耐磨性能，从而进一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
第二、本申请通过添加了分散改性剂材料对TPE材料中添加的耐磨填料的分散性进行改性处理，通过分散剂对耐磨填料的有效包覆和分散改性，进一步改善耐磨填料的分散性能，使填充在TPE材料中的耐磨填料在材料中形成良好的均匀分散的状态，通过均匀的分散改性，耐磨填料形成均匀的填充，从而改善了TPE材料的结构性能，进一步改善了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
第三、本申请选用植物多酚和植酸的混合物作为分散改性剂材料的主要组成部分，由于植酸多酚材料分子内有多邻位酚羟基，可作为多基配体与一个中心离子如镁、锡、铁、钙等络合，形成环状的稳定螯和物，从而对耐磨填料形成良好的包覆结构，进而改善了分散改性剂材料的分散性能，在此基础上，本申请采用的分散改性剂采用了大量的植酸材料，由于植酸材料分子结构中有十二个羟基，其性质稳定且对金属离子的较强络合作用，能有效在耐磨填料表面形成良好的包覆性能，同时植酸包覆后的分散性能较植物多酚性能更加优异，所以本申请优化了分散改性剂材料的祖组成配比，这样，制备的分散改性剂材料能具有更加优异的分散性能和稳定性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例中，所用的原料和仪器设备如下所示，但不以此为限：
本申请中各原料和仪器设备均可通过市售获得，具体型号如下：
原料：11500目纳米碳酸钙、S-0816#氧化聚乙烯蜡、抗氧化剂168。
仪器：GNT 200型电子万能试验机、SHＲ-25A高速混合机、SHJ-20同向双螺杆挤出机。
制备例
耐磨填料制备
制备例1
将1kg多孔氧化铝、2kg纳米碳酸钙添加至4kg固含量为15％纳米二氧化硅溶胶中，搅拌混合并球磨分散，过500目筛，收集得耐磨填料浆液1。
制备例2
将1.5kg多孔氧化铝、2.5kg纳米碳酸钙添加至4.5kg固含量为15％纳米二氧化硅溶胶中，搅拌混合并球磨分散，过500目筛，收集得耐磨填料浆液2。
制备例3
分将2kg多孔氧化铝、3kg纳米碳酸钙添加至5kg固含量为15％纳米二氧化硅溶胶中，搅拌混合并球磨分散，过500目筛，收集得耐磨填料浆液3。
分散改性剂制备
制备例4
先取1kg葡萄多酚和5kg植酸搅拌混合并溶于20kg去离子水中，采用0.1mol/L氢氧化钠溶于调节pH至8.5，超声分散并收集得分散改性剂1。
制备例5
先取1kg葡萄多酚和6.5kg植酸搅拌混合并溶于20kg去离子水中，采用0.1mol/L氢氧化钠溶于调节pH至8.7，超声分散并收集得分散改性剂2。
制备例6
先取1kg葡萄多酚和8kg植酸搅拌混合并溶于20kg去离子水中，采用0.1mol/L氢氧化钠溶于调节pH至9.0，超声分散并收集得分散改性剂3。
实施例
实施例1
先将15kg耐磨填料浆液1与3kg分散改性剂1搅拌混合并置于室温下研磨12h，过筛后真空干燥，收集得2000目改性耐磨填料，再取45kgSEBS橡胶颗粒、8kg聚丙烯、0.2kg抗氧化剂、10kg白油和改性耐磨填料搅拌混合并置于密炼机中，塑炼处理即可制备得均一稳定型耐磨TPE材料。
实施例2～7
实施例2～7：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，其原料配比、制备参数如表1所示，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
表1实施例1～7各原料组分配比表
实施例8：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于实施例8采用的植物多酚是大麦多酚，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
实施例9：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于实施例9采用的植物多酚是茶多酚，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例
对比例1：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例1采用15kg纳米碳酸钙作为耐磨填料进行制备，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例2：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例2采用15kg多孔氧化铝作为耐磨填料进行制备，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例3：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例3中采用15kg按质量比1:2混合的多孔氧化铝和纳米碳酸钙混合料作为耐磨填料进行制备，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例4：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例4采用氧化聚乙烯蜡作为分散改性剂进行制备，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例5：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例5中采用的分散改性剂中未添加植物多酚，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比例6：一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比例6中采用的分散改性剂中未添加植酸，其余制备步骤和制备环境均与实施例1相同。
对比实施例
对比实施例1
一种均一稳定型耐磨TPE材料，与实施例1的区别在于，对比实施例1中未添加分散改性剂，其余制备条件和组分配比均与实施例1相同。
性能检测试验
分别对实施例1～9、对比例1～6和对比实施例1中制备的强韧型药芯焊丝进行耐磨性能和力学性能测试。
检测方法/试验方法
检测方法：
（1）拉伸性能参考标准GB/T528-2008，如拉伸强度，300%定伸应力等通过电子拉力机在室温下以500 mm/min拉伸至拉断测得，试样预先放在平板上经冲压裁成哑铃型。每个试样测量5条样条，测量结果取平均值。
（2）硫化胶的耐磨耗性能釆用阿克隆磨耗试验机按GB/T1689-1998测试。首先将试样条粘贴在胶轮上进行滚动预磨600r后称重m1，然后将预磨并称重后的试样胶轮继续进行滚动磨擦实验，当达到里程1.61km后称重m2，再通过V=（m1-m2）/ρ的公式计算出硫化胶的磨耗体积，具体检测结果如下表表2所示：
表2TPE材料性能检测表
由上表表2进行性能分析：
（1）由实施例1～9各组分配比结合表2可以发现，本申请制备的强韧型药芯焊丝具有良好的力学性能和耐磨性能，说明了本申请技术方案选用耐磨填料对TPE材料进行耐磨改性，保护基体材料不受磨损，有效提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能，同时，本申请优化了耐磨填料的组分和配比，通过纳米二氧化硅溶胶对耐磨填料进行包覆改性，进一步改善了耐磨填料的耐磨性能，从而进一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
（2）将实施例1与对比例1～3进行性能对比，由于对比例1～3调整了耐磨填料的组成和配比，主要是未添加纳米二氧化硅溶胶，由表2可以看出，其制备的TPE材料耐磨性能和力学性能显著降低，这说明本申请技术方案通过纳米二氧化硅溶胶对耐磨填料进行包覆改性，有效改善耐磨填料的分散性能，通过纳米二氧化硅的有效包覆改性，在耐磨填料表面包覆一层保护膜，从而这层保护膜能使滑动摩擦变为滚动摩擦，进一步改善了耐磨填料的耐磨性能，从而进一步提高了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
（3）结合对比例4～6和实施例1进行对比，对比例4～6中调整了分散改性剂材料的组成和配比，由表2可以看出，其耐磨性能和力学强度有所降低，这说明本申请技术方案选用植物多酚和植酸的混合物作为分散改性剂材料的主要组成部分，由于植酸多酚材料分子内有多邻位酚羟基，可作为多基配体与一个中心离子如镁、锡、铁、钙等络合，形成环状的稳定螯和物，从而对耐磨填料形成良好的包覆结构，进而改善了分散改性剂材料的分散性能，在此基础上，本申请采用的分散改性剂采用了大量的植酸材料，由于植酸材料分子结构中有十二个羟基，其性质稳定且对金属离子的较强络合作用，能有效在耐磨填料表面形成良好的包覆性能，同时植酸包覆后的分散性能较植物多酚性能更加优异，所以本申请优化了分散改性剂材料的祖组成配比，这样，制备的分散改性剂材料能具有更加优异的分散性能和稳定性能。
（4）结合对比例实施例1和实施例1进行对比，对比例实施例1未添加分散改性剂，由表2可以看见，其耐磨性能有所降低，这说明本申请技术方案通过添加了分散改性剂材料对TPE材料中添加的耐磨填料的分散性进行改性处理，通过分散剂对耐磨填料的有效包覆和分散改性，进一步改善耐磨填料的分散性能，使填充在TPE材料中的耐磨填料在材料中形成良好的均匀分散的状态，通过均匀的分散改性，耐磨填料形成均匀的填充，从而改善了TPE材料的结构性能，进一步改善了TPE材料的力学性能和耐磨性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种均一稳定型耐磨TPE材料，其特征在于，所述均一稳定型耐磨TPE材料由包括下列重量份物质组成：
SEBS橡胶颗粒45～50份；
聚丙烯8～12份；
抗氧化剂0.2～0.5份；
白油10～12份；
耐磨填料15～20份；所述耐磨填料包括按质量比1～2:2～3:4～5混合的多孔氧化铝、纳米碳酸钙和纳米二氧化硅溶胶；
所述均一稳定型耐磨TPE材料还包括3～5重量份的分散改性剂；所述分散改性剂包括按质量比1:5～8混合的植物多酚和植酸。
2.根据权利要求1所述的一种均一稳定型耐磨TPE材料，其特征在于，所述植物多酚为葡萄多酚、大麦多酚或茶多酚中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种均一稳定型耐磨TPE材料，其特征在于，所述分散改性剂pH为8.5～9.0。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种均一稳定型耐磨TPE材料的制备方法，其特征在于，所述均一稳定型耐磨TPE材料的制备步骤包括：
S1、耐磨填料制备：按配方将多孔氧化铝、纳米碳酸钙添加至纳米二氧化硅溶胶中，搅拌混合并球磨分散，过500目筛，收集得耐磨填料浆液；
S2、分散改性剂制备：先取植物多酚和植酸搅拌混合并溶于去离子水中，采用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8.5～9.0，超声分散并收集得分散改性剂；
S3、耐磨填料改性：将耐磨填料浆液与分散改性剂搅拌混合并置于室温下研磨12h，过筛后真空干燥，收集得改性耐磨填料；
S4、TPE制备：取SEBS橡胶颗粒、聚丙烯、抗氧化剂、白油和改性耐磨填料搅拌混合并置于密炼机中，塑炼处理即可制备得均一稳定型耐磨TPE材料。
5.根据权利要求4所述的一种均一稳定型耐磨TPE材料的制备方法，其特征在于，所述改性耐磨填料粒径为2000目。
6.根据权利要求4所述的一种均一稳定型耐磨TPE材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述纳米二氧化硅溶胶固含量为15％。
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