CN103102578A - 一种耐低温热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐低温热塑性弹性体，由如下重量份的原料制成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为45-80份、全同聚丁烯（i-PB）为20-55份、相容剂5-10份、无机填料5-20份、耐磨剂1-2.5份、润滑剂0.5-2.5份、抗氧剂0.6-1.5份、加工助剂0.5-4份。本发明还公开了该耐低温热塑性弹性体的制备方法。本发明采用EVA等作为基体树脂，通过对配方和工艺的改进解决了传统非硫化型热塑性弹性体耐低温性能较差的问题，且整个材料改性生产过程中对环境影响小，该热塑性弹性体的边角料可重复使用。该热塑性弹性体可通过挤塑、注塑、吹塑等不同工艺，制造出不同机械性能要求的部件和产品，广泛应用于耐低温较高要求的产品部件上。
Description
技术领域.
本发明涉及功能高分子材料领域，特别涉及一种耐低温热塑性弹性体及其制备方法。
背景技术
热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer，简称TPE)，是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性，常温下表现为橡胶高弹态、高温下又能塑化成型的高分子材料。这种结构赋予它类似于橡胶的力学性能与使用性能，以及热塑性塑料的加工性能，因而可在塑料和橡胶之间架起一座桥梁。就加工而言，它是一种塑料；就性质而言，它又是一种橡胶。
聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）和苯乙烯类热塑性弹性体（SBC）因耐低温性能欠佳、耐磨性不够和耐溶剂性能差等原因只能部分取代热固性橡胶，制约了其进一步的发展与应用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种耐低温热塑性弹性体材料。本发明的另一个目的是提供上述耐低温热塑性弹性体的制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
一种耐低温热塑性弹性体，按重量份数计，由下列组分制成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为45-80份、聚丁烯（PB）为20-55份、相容剂 5-10份、无机填料5-20份、耐磨剂 1-2.5份、润滑剂0.5-2.5份、抗氧剂 0.6-1.5份、加工助剂0.5-4份。
上述方案的优选方案是，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚丁烯共为100份，相容剂5-10份、无机填料5-20份、耐磨剂 1-2.5份、润滑剂0.5-2.5份、抗氧剂 0.6-1.5份、加工助剂0.5-4份。
所述EVA的熔融流动速率为2-40g/10min，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯（VA）的含量为18-45%。
所述聚丁烯为全同聚丁烯（i-PB），其熔融流动速率（MFR）为5-40g/10min。
所述的相容剂包括氢化苯乙烯- 丁二烯- 苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐接枝物(SEBS-MAH)、乙烯-辛烯接枝马来酸酐接枝物(POE-MAH)和乙烯- 乙酸乙烯酯接枝马来酸酐接枝物(EVA-MAH)中的至少一种；
所述的耐磨剂选自所述的耐磨剂选自聚四氟乙烯微粉、有机改性硅酮母粒、超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE：其黏均相对分子量在200万以上、重均相对分子量在350万以上的线型聚乙烯)中的一种或至少两种；所述有机改性硅酮母粒可以为市售牌号KS500系列如KS500H、KS500M、KS500S等或牌号KS800系列如KS800M等。
所述的无机填料为炭黑、实心玻璃微珠中的一种或两种混合物；
所述的加工助剂为超高分子量聚硅氧烷、聚乙烯蜡和芥酸酰胺中的至少一种。
所述抗氧剂为包括β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯（抗氧剂1076）、四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯(抗氧剂168)和硫代二丙酸双十八醇酯(抗DSTDP)的至少一种。
所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸和N,N’-亚乙基双硬脂酰胺(EBS)中的至少一种或。
一种制备上述的耐低温热塑性弹性体的方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数配比称取EVA、PB、相容剂、耐磨剂、润滑剂、抗氧剂及加工助剂加入到高速混合机中一起进行混合，使其分散均匀；
（2）将（1）中混合好的原料投入双螺杆挤出机的加料斗，同时将无机填料从挤出机的塑化段处侧喂料加入挤出机中，经熔融挤出，造粒，得耐低温热塑性弹性体；所述双螺杆挤出机各区温度为170~220℃，压力为10-35MP，双螺杆挤出机的长径比为25~40，挤出速度为150-350转/分钟，喂料速度为2~15转/分钟。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1. 本发明首次将耐低温性能都较好的EVA与PB组合在一起，并选择性的加入一些与之配合性好的助剂，制备出了具有优异的耐低温性能的热塑性弹性体。
2. 本发明的所涉及的热塑性弹性体不仅在耐低温方面优异，其耐磨及耐溶剂性能也很好，可满足耐低温性要求较高的产品部件上。
3. 本发明采用EVA等作为基体树脂，通过对配方和工艺的改进解决了传统非硫化型热塑性弹性体耐低温性能较差的问题，且整个材料改性生产过程中对环境影响小，该热塑性弹性体的边角料可重复使用。
4. 本发明的耐低温热塑性弹性体具有优异的耐低温、耐磨和耐溶剂性能，该热塑性弹性体可通过挤塑、注塑、吹塑等不同工艺，制造出不同机械性能要求的部件和产品，广泛应用于耐低温较高要求的产品部件上。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
本发明的实施例中所用的所有原料均是市售产品，其中：炭黑选用炭黑N330或炭黑234；玻璃微珠为实心玻璃微珠，其粒径为1250-5000目；聚四氟乙烯微粉的粒径为700-3500目；超高分子量聚硅氧烷选用牌号为E525。
下面举例具体说明如下：
实施例1
将45份VA含量为45%的EVA、55份i-PB、5份POE-g-MAH、1.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.2份抗氧剂1010、0.3份抗氧剂168、0.3份抗氧剂DSTDP、0.5份润滑剂EBS、1.0份加工助剂超高分子量聚硅氧烷E525加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将5份炭黑N330加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速2.5转/分钟。
实施例2
将55份VA含量为28%的EVA、45份i-PB、6份SEBS-g-MAH、2份耐磨剂UHMWPE、0.4份抗氧剂1010、0.5份抗氧剂168、0.3份硬脂酸钙、0.3份润滑剂EBS、1.0份加工助剂超高分子量聚硅氧烷E525加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将10份炭黑N234加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速2.5转/分钟。
实施例3
将70份VA含量为45%的EVA、30份i-PB、5份POE-g-MAH、2份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.2份抗氧剂1010、0.6份抗氧剂168、0.2份抗氧剂DSTDP、0.3份润滑剂EBS、1.2份硬脂酸、2.0份加工助剂芥酸酰胺加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将10份实心玻璃微珠加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速3.2转/分钟。
实施例4
将80份VA含量为28%的EVA、20份i-PB、10份EVA-g-MAH、1.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.5份耐磨剂有机改性硅酮母粒KS500H、0.1份抗氧剂1076、0.3份抗氧剂168、0.2份抗氧剂DSTDP、0.3份润滑剂EBS、0.7份硬脂酸钙、4.0份加工助剂聚乙烯蜡加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将10份炭黑N234加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速3.2转/分钟。
实施例5
将75份VA含量为18%的EVA、25份i-PB、5份POE-g-MAH、1.5份耐磨剂有机改性硅酮母粒KS500H、0.4份抗氧剂1010、0.6份抗氧剂168、0.5份抗氧剂DSTDP、2.5份润滑剂EBS、0.5份硬脂酸钙、3份聚乙烯蜡、0.5份加工助剂超高分子量聚硅氧烷E525加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将15份炭黑N234加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速4.2转/分钟。
实施例6
将70份VA含量为18%的EVA、30份i-PB、5份SEBS-g-MAH、2.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.4份抗氧剂1076、0.6份抗氧剂DSTDP、0.3份润滑剂EBS、1.2份硬脂酸钙、3.0份加工助剂超高分子量聚硅氧烷E525加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将20份实心玻璃微珠加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速4.8转/分钟。
实施例7
将60份VA含量为28%的EVA、40份i-PB、10份POE-g-MAH、2份耐磨剂UHMWPE、0.6份抗氧剂1010、0.6份抗氧剂168、0.3份抗氧剂DSTDP、1份润滑剂EBS、4.0份加工助剂超高分子量聚硅氧烷E525加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将5份炭黑N234和10份实心玻璃微珠预先混合均匀后加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速4.2转/分钟。
实施例8
将50份VA含量为45%的EVA、50份i-PB、2份EVA-g-MAH、2.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.3份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.3份抗氧剂DSTDP、0.8份润滑剂EBS、0.5份硬脂酸钙、3.0份加工助剂芥酸酰胺加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将15份实心玻璃微珠加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速4.2转/分钟。
为了更好的说明本发明的耐低温热塑性弹性体的性能特点，分别以实施例4和实施例8做了相应的对比例1和对比例2试验：
对比例 1
将80份EPDM、20份PP、10份PP-g-MAH、1.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.5份耐磨剂有机改性硅酮母粒KS500H、0.6份抗氧剂1076、0.3份抗氧剂168、0.2份抗氧剂DSTDP、0.3份润滑剂EBS、0.7份硬脂酸钙加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将10份炭黑N234加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速3.2转/分钟。
对比例 2
将50份EPDM、50份PP、2份EVA-g-MAH、2.5份耐磨剂聚四氟乙烯微粉、0.3份抗氧剂1010、0.4份抗氧剂168、0.3份抗氧剂DSTDP、0.8份润滑剂EBS、0.5份硬脂酸钙、2.0份加工助剂芥酸酰胺加到高混机中，混合均匀后加入到挤出机料斗中，同时将15份实心玻璃微珠加入到侧喂料中，经双螺杆挤出机挤出造粒。挤出机的各区温度从喂料段到机头温度依次为170℃、185℃、205℃、215℃、220℃、220℃、215℃，挤出螺杆长径比为40，挤出螺杆转速为160转/分钟，主喂料速度为12转/分钟，侧喂料转速4.2转/分钟。
表1 耐低温热塑性弹性体性能表
| 性能测试项目 | 测试方法 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 |
| 邵氏硬度(A)/Hs | GB/T531 | 82 | 77 | 56 | 47 | 55 |
| 拉伸强度/MPa | GB/T528 | 28 | 24 | 21 | 17 | 11 |
| 50%定伸强度/MPa | GB/T528 | 12 | 11 | 10 | 8 | 5 |
| 断裂伸长率/% | GB/T528 | 383 | 454 | 650 | 762 | 378 |
| 扯裂强度/KN·m-1 | GB/T529 | 94 | 82 | 81 | 91 | 75 |
| 压缩耐寒系数 | GB 6034 | 0.57 | 0.58 | 0.62 | 0.64 | 0.34 |
| 体积磨耗量/mg | GB/T9867 | 23 | 19 | 18 | 21 | 57 |
续表
| 性能测试项目 | 测试方法 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 对比例2 |
| 邵氏硬度(A)/Hs | GB/T531 | 59 | 63 | 81 | 89 | 97 |
| 拉伸强度/MPa | GB/T528 | 29 | 22 | 24 | 23 | 16 |
| 50%定伸强度/MPa | GB/T528 | 15 | 11 | 14 | 12 | 9 |
| 断裂伸长率/% | GB/T528 | 515 | 651 | 625 | 483 | 245 |
| 扯裂强度/KN·m-1 | GB/T529 | 84 | 71 | 85 | 87 | 64 |
| 压缩耐寒系数 | GB 6034 | 0.67 | 0.71 | 0.69 | 0.66 | 0.45 |
| 体积磨耗量/mg | GB/T9867 | 12 | 15 | 11 | 16 | 55 |
从上表实施例与对比例的数据可以看出，实施例中材料的拉伸强度、扯裂强度、压缩耐寒系数均比对比例材料的性能值大，性能优越很多，并且体积磨耗量也很小，耐磨性能较对比例也较优。本发明的耐低温热塑性弹性体不仅具有优良的耐低温性能，同时通过选择合理的选择相容剂、无机填料、加工助剂及其用量的控制，使得本发明的热塑性弹性体的综合力学性能更加优异。
Claims (11)
1.一种耐低温热塑性弹性体，其特征在于：按重量份数计，由下列组分制备而成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物45-80份、聚丁烯20-55份、相容剂 5-10份、无机填料5-20份、耐磨剂1-2.5份、润滑剂0.5-2.5份、抗氧剂 0.6-1.5份、加工助剂0.5-4份。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述各组分的重量配比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与聚丁烯共100份，相容剂5-10份、无机填料5-20份、耐磨剂 1-2.5份、润滑剂0.5-2.5份、抗氧剂 0.6-1.5份、加工助剂0.5-4份。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融流动速率为2-40g/10min，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的质量含量为18-45%。
4.根据权利要求1所述的一种耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述聚丁烯为全同聚丁烯，其熔融流动速率为5-40g/10min。
5.如权利要求1 所述的耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述的相容剂包括氢化苯乙烯- 丁二烯- 苯乙烯嵌段共聚物接枝马来酸酐接枝物、乙烯-辛烯接枝马来酸酐接枝物和乙烯- 乙酸乙烯酯接枝马来酸酐接枝物中的至少一种。
6.如权利要求1 所述的耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述的无机填料为炭黑和实心玻璃微珠中的一种或两种混合物。
7.如权利要求1 所述的耐低温热塑性弹性体，其特征在于：所述的耐磨剂选自聚四氟乙烯微粉、有机改性硅酮母粒和超高分子量聚乙烯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的耐低温塑性弹性体，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸和N,N’-亚乙基双硬脂酰胺中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的耐低温塑性弹性体，其特征在于：所述抗氧剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三［2,4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯和硫代二丙酸双十八醇酯中的至少一种。
10.如权利要求1 所述的耐低温塑性弹性体，其特征在于：所述的加工助剂包括超高分子量聚硅氧烷、聚乙烯蜡和芥酸酰胺中的至少一种。
11.权利要求1～10中任一项所述的耐低温塑性弹性体的制备方法，包括步骤：
（1）按重量份数配比称取乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚丁烯、相容剂、耐磨剂、润滑剂、抗氧剂及加工助剂加入到高速混合机中一起进行混合，使其分散均匀；
（2）将（1）中混合好的原料投入双螺杆挤出机的加料斗，同时将无机填料从挤出机的塑化段处侧喂料加入挤出机中，经熔融挤出，造粒，得耐低温热塑性弹性体。
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