本發(fā)明涉及一種熱塑彈性體材料的制備與應(yīng)用，尤其是涉及一種低溫下受力形變可恢復(fù)的tpe材料及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
目前，汽車腳墊的主要功能在于保持原車地毯的干燥、清潔，免于沾染腳底帶入的灰塵、泥水和碎屑。另外，在使用過程中，要求腳墊不能對(duì)汽車的操控駕駛產(chǎn)生不良影響，因此，需要使腳墊在被踩踏受力后不變形，或者變形后在撤去外力時(shí)可迅速恢復(fù)原狀。目前，雖然有些腳墊在室溫下可以滿足上述需求，但是在低溫條件下，尤其是緯度較高地區(qū)的冬天，如中國東北部、美國北部和北歐等地區(qū)，溫度通常會(huì)低于零下30℃，不僅會(huì)使腳墊變硬，而且在使用踩踏過程中腳墊極易變形，影響到汽車的安全駕駛。
基于上述情況，在對(duì)目前市場上廣泛腳墊進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：橡膠、pvc腳墊在低溫條件下會(huì)變硬、變脆，影響踩踏的腳感；大包圍腳墊由于中間的定型層為xpe（發(fā)泡聚乙烯），在踩踏受力過程中容易變形，會(huì)對(duì)油門和剎車踏板產(chǎn)生干擾；織物腳墊在冰雪天氣下無法快速清洗干燥，易產(chǎn)生霉變、滋生細(xì)菌。
相較于上述腳墊所存在的缺點(diǎn)，由熱可塑性彈性體（thermoplasticelastomer，tpe）材料制作的腳墊，因其使用的tpe材料具有良好的耐低溫性能，且具備一定的強(qiáng)度，抗氧化性也較佳，因此，該種tpe材料的腳墊可在低溫條件下保持較好的柔韌性，在踩踏時(shí)腳感舒適且不易磨損變形，并且易于清潔且不會(huì)對(duì)車輛的正常行駛造成負(fù)面影響。
目前，對(duì)于tpe材料低溫下受力恢復(fù)形變的研究及應(yīng)用仍然較少，由tpe材料制作的用品，諸如腳墊等更為市場上所稀缺。因此，對(duì)于tpe材料的研發(fā)以及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)具有廣闊的市場前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫下受力形變可恢復(fù)的tpe材料及其制備方法和用途。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，使得到的tpe材料具有良好的耐低溫性能，且具備一定的力學(xué)強(qiáng)度，抗氧化性也較佳。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了一種低溫下受力形變可恢復(fù)的tpe材料，該材料由重量份為100至200份的sebs，125至300份的白油，45至120份的聚丙烯（polypropylene，pp），50至200份的填料，0.1至1.5份的抗氧劑制作而成。在本發(fā)明中sebs為高分子量的聚苯乙烯-聚乙烯/丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物，其中，eb段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg約為零下60℃，在應(yīng)用tpe材料制作的用品時(shí)，eb段處于高彈態(tài)為軟段，為tpe材料制作的用品提供良好的彈性，s段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg約為95℃，在應(yīng)用tpe材料制作的用品時(shí)，s段處于玻璃態(tài)為硬段，作為物理交聯(lián)點(diǎn)，呈島狀分散于軟段中，使tpe材料制作的用品具有形變可恢復(fù)性。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述sebs的重均分子量大于80000，以確保tpe材料具備良好的彈性。
作為本發(fā)明的又進(jìn)一步改進(jìn)，所述白油的傾點(diǎn)低于零下25℃。傾點(diǎn)低的白油在低溫下具有更好的流動(dòng)性，可保證tpe材料在較低溫度下仍保持良好彈性。另外，相比于環(huán)烷油，白油與硬段s段的相容性降低，保證物理交聯(lián)點(diǎn)的有效性，從而保證tpe材料的力學(xué)強(qiáng)度。
作為本發(fā)明的又進(jìn)一步改進(jìn)，所述聚丙烯是結(jié)晶度低于30%的高透聚丙烯。本發(fā)明中聚丙烯可為共聚聚丙烯、均聚聚丙烯、高透聚丙烯、高結(jié)晶度聚丙烯的其中一種，優(yōu)先選用低結(jié)晶度或/且添加成核劑的共聚聚丙烯或高透聚丙烯；tpe材料中的聚丙烯可改善共混物的強(qiáng)度、流動(dòng)性，并調(diào)節(jié)材料的硬度。聚丙烯非晶區(qū)與eb段的相容性較好，發(fā)生部分相容，聚丙烯與sebs共混，使eb段的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg升高，使聚丙烯非晶區(qū)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg下降，限制了eb鏈段的運(yùn)動(dòng)，因此，優(yōu)先選用具有較低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg的聚丙烯，即共聚聚丙烯或高透聚丙烯。本發(fā)明所述的低結(jié)晶度的高透聚丙烯，可以通過共聚或者添加成核劑來制備。
作為本發(fā)明的又進(jìn)一步改進(jìn)，所述填料為碳酸鈣、硅藻土、硅灰石、滑石粉、沸石粉、分子篩、炭黑、多孔氧化鋁和空心玻璃微珠其中一種或多種。填料的加入用于降低tpe材料的收縮率，改善tpe材料力學(xué)性能，使tpe材料制作的用品更加貼合、耐用。
作為本發(fā)明的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述抗氧劑為酚類、亞磷酸酯類、含硫酯類其中一種或多種混合物。sebs為sbs氫化后的產(chǎn)物，不含有不飽和鍵，耐氧化性較好，幾種常用抗氧劑168，618，1010，1076，dltp都可滿足要求。
本發(fā)明還提供了一種生產(chǎn)低溫下受力形變可恢復(fù)的tpe材料的制備方法，包含下列步驟：對(duì)sebs、白油、聚丙烯、填料及抗氧劑進(jìn)行篩選稱重備料；將備料好的sebs、聚丙烯和填料加入攪拌機(jī)中，攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速200至300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢柚?5℃，再以20至30升/分的速率向攪拌機(jī)中加入備料好的白油；當(dāng)所述白油被均勻吸收后，再加入抗氧劑，在溫度高于85℃時(shí)進(jìn)行出料，出料后的材料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括以下步驟：出料后的材料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)的螺筒內(nèi)溫度分別設(shè)定為：進(jìn)料口溫度低于140℃，機(jī)頭溫度155至170℃，其他各區(qū)溫度為160至200℃；雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿轉(zhuǎn)速為80至500轉(zhuǎn)/分。
本發(fā)明還提供了一種將低溫下受力形變可恢復(fù)的tpe材料用于制作腳墊的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明所生成的tpe材料在較低溫度下仍能保持良好彈性并兼具較好的力學(xué)強(qiáng)度，即材料表面具有一定的硬度。由該tpe材料制作的用品，諸如腳墊在低溫條件下可保持良好的柔韌性，在受力形變后當(dāng)施加的力撤銷后可及時(shí)恢復(fù)形狀，且不易磨損變形，并且耐氧化性較好，使用更加貼合、耐用。
具體實(shí)施方式
為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
但本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍并不受下述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明宗旨、構(gòu)思與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化等，均應(yīng)為本發(fā)明技術(shù)方案的等效置換方式，都應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例1
按照表1所示組分配方1的重量份稱取各原料，其中稱取重均分子量大于80000的sebs150份，稱取傾點(diǎn)低于零下25℃的白油125份，稱取結(jié)晶度低于30%牌號(hào)為st612的高透聚丙烯62.5份，稱取填料78.5份，填料選用碳酸鈣，也可使用硅藻土、硅灰石、滑石粉、沸石粉、分子篩、炭黑、多孔氧化鋁和空心玻璃微珠其中一種或多種，稱取抗氧劑0.4份，抗氧劑選用酚類，也可使用亞磷酸酯類、含硫酯類其中一種或多種混合物。以上原料均可在市場上獲得，或可采用已有技術(shù)得到。
將備料好的sebs、聚丙烯和填料加入攪拌機(jī)中，攪拌機(jī)以轉(zhuǎn)速200至300轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢柚翑嚢枇蠝囟冗_(dá)到45℃左右時(shí)，再以20至30升/分的速率向攪拌機(jī)中加入備料好的白油繼續(xù)攪拌；當(dāng)白油被均勻吸收后，再加入抗氧劑繼續(xù)攪拌，當(dāng)攪拌料溫度高于85℃時(shí)進(jìn)行出料；上述原料在攪拌機(jī)中攪拌升溫混合的過程控制在4至6分鐘內(nèi)完成；出料后的材料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行造粒時(shí)，雙螺桿擠出機(jī)的螺筒內(nèi)溫度分別設(shè)定為進(jìn)料口溫度低于140℃，機(jī)頭溫度155至170℃，其他各區(qū)溫度為160至200℃，雙螺桿擠出機(jī)的雙螺桿轉(zhuǎn)速為80至500轉(zhuǎn)/分；之后，雙螺桿擠出機(jī)將混合好的tpe材料熔融擠出、造粒。
將造好的tpe粒子用注塑機(jī)注塑，得到厚度為4mm，長為400mm，寬為400mm的平板樣品。
對(duì)于本發(fā)明涉及的腳墊的恢復(fù)性能，采用如下測(cè)試方法：
樣品測(cè)試尺寸：300*300mm
烘箱溫度：零下30℃
恒溫時(shí)間：24小時(shí)
測(cè)試步驟：將裁剪好的樣品分為兩組，每組3個(gè)平行樣品，一組沿產(chǎn)品注塑方向卷曲，另一組垂直于注塑方向卷曲，依次卷曲成直徑為80mm的圓筒，用皮筋固定后置于零下30℃的烘箱中24小時(shí)。
恒溫卷曲完成后，快速解開束縛皮筋，讓其在烘箱內(nèi)水平自由鋪展，并保持溫度不變。分別測(cè)量25分鐘后樣品邊緣到水平支撐面的距離h，距離h越小表示樣品材料的形變恢復(fù)性越好，一般h≤5mm則視為合格。
實(shí)施例2
按照表1中配方2組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
按照表1中配方3組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例4
按照表1中配方4組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例5
按照表1中配方5組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例6
按照表1中配方6組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例7
按照表1中配方7組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例8
按照表1中配方8組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例9
按照表1中配方9組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例10
按照表1中配方10組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例11
按照表1中配方11組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例12
按照表1中配方12組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例13
按照表1中配方13組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
實(shí)施例14
按照表1中配方14組成制備tpe粒子，其余步驟同實(shí)施例1。
表1tpe粒子的組成及含量
表2實(shí)施例樣品的性能測(cè)試結(jié)果
在此說明，在制備tpe材料和測(cè)試實(shí)施例樣品性能中，在選取相同牌號(hào)聚丙烯以及相同重量份的sebs、聚丙烯、白油、填料、抗氧劑的情況下，對(duì)于填料與抗氧劑種類的選用不影響實(shí)施例樣品性能的測(cè)試結(jié)果，因此，不再對(duì)填料與抗氧劑的選用進(jìn)行贅述。
參閱表1、表2，從實(shí)施例1至4可以看出，不同類型的聚丙烯對(duì)腳墊的彈性恢復(fù)具有較大影響，彈性恢復(fù)從均聚聚丙烯，共聚聚丙烯到高透聚丙烯依次升高，這是由于聚丙烯非晶區(qū)對(duì)eb鏈段運(yùn)動(dòng)的限制造成的，聚丙烯結(jié)晶越完善，則非晶區(qū)對(duì)eb鏈段運(yùn)動(dòng)的限制越大，形變后的彈性恢復(fù)能力越差。
另外，隨著聚丙烯比重的提高，恢復(fù)距離h也會(huì)增大，因?yàn)殡S著聚丙烯含量的增加，共混物中的聚丙烯非晶區(qū)含量增加，eb鏈段的運(yùn)動(dòng)受到更大的限制，在樣品受力形變后很難恢復(fù)原來的水平狀態(tài)。
從實(shí)施例1至14的測(cè)試結(jié)果可以看出，選用高透聚丙烯，適中的添加量，可以制備出恢復(fù)距離在5mm以下，硬度在65a左右，拉伸強(qiáng)度在6.5mpa以上，斷裂伸長率在750%以上的優(yōu)質(zhì)腳墊材料。
以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所述的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例所述技術(shù)方案的范圍。