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POE和EPDM都是聚烯烴家族,但在分類上,EPDM是合成橡膠,POE卻是熱塑性彈性體,兩者為何有這樣的差異呢?下面一起看看它們的結構、性能、加工工藝以及應用。總的來說,POE與EPDM分子主鏈結構很相似,都具有耐老化、耐臭氧、耐化學介質等優異性能,而POE與EPDM相比,除硬度、耐磨性略低外,POE的各項力學性能均優于EPDM;加工工藝上,EPDM需要硫化,后續難以回收,POE就可以直接共混、注塑,廢棄后也易于回收。一、結構
EPDM(三元乙丙橡膠,Ethylene-Propylene-Diene Monomer)是乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的三元共聚物 。EPDM的大分子主鏈是飽和的,EPDM的E就是指乙烯,P就是指丙烯,D就是指第三單元體(這里指二烯烴,兩個雙鍵),所以乙烯、丙烯以及二烯烴,各有一個雙鍵參與到主鏈的聚合,最終形成一個飽和的主鏈。
圖 EPDM化學結構,源自阿朗新科PPTPOE是一種乙烯-α-烯烴共聚彈性體,其中α-烯烴是指雙鍵在分子鏈端部的單烯烴,目前已知商品化的種類有α-丁烯(4C)、α-己烯(6C)、α-辛烯(8C)、丙烯。POE從本質上來說,就是在支化聚乙烯,聚乙烯鏈結晶區起到了物理交聯點的作用,而α-烯烴的加入削弱了聚乙烯鏈結晶區,成為具有橡膠彈性的無定型區,所以使POE具有彈性體的性質。典型的兩種POE基本結構如圖所示,A結構由乙烯和辛烯組成,辛烯有8個C,B結構由乙烯和丁烯組成,丁烯有4個C,這就是所謂的8C和4C之分。二、性能
EPDM的性能特點主要是:
EPDM的主鏈是由化學穩定的飽和烴組成,只在側鏈中含有不飽和雙鍵,故其耐臭氧、耐熱、耐候等耐老化性能優異。
三元乙丙本質上是無極性的,對極性溶液和化學物具有抗性,吸水率低,具有良好的絕緣特性。
主鏈非常柔順,丙烯上邊的一個側甲基破壞了大分子緊密的排列結構,破壞了乙烯跟丙烯的結晶,使得EPDM有很好的回彈性。
EPDM屬于聚烯烴家族,具有極好的硫化特性。在所有橡膠當中具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影響特性不大。因此可以制作成本低廉的橡膠化合物。
- 在三元乙丙橡膠生產過程中,通過改變第三單體的種類和含量,乙烯丙烯比,分子量及其分布都可以調整其特性。
POE 具有以下結構特點,以及對應的優異性能:
辛烯的柔軟鏈卷曲結構和結晶的乙烯鏈作為物理交聯點,使其具有優異的韌性又具有良好的加工性;
有很窄的相對分子質量分布和短支鏈,因而具有優異的物理機械性能 (高彈性、高強度、高伸長率)和良好的低溫性能;窄的相對分子質量分布使材料在注射和擠出過程中不易產生撓曲。
其分子鏈是飽和的,所含叔碳原子相對較少,因而具有優異的耐熱老化和抗紫外線性能;
較強的剪切敏感性和熔體強度, 可實現高擠出,提高產量;
- 良好的流動性可改善填料的分散效果,同時亦可提高制品的熔接痕強度。
三、加工工藝
三元乙丙橡膠需要經過密煉、拉片、過濾、壓延(或擠出)成型、硫化等工序加工制成,制備工藝較為復雜。而POE有良好的加工性能,可采用熱塑性塑料加工設備進行加工成型,成型加工溫度和加工壓力一般應略高一些,可在極高的加工速度下加工。除了注射成型、擠出成型,POE也可用壓延機加工成板材或薄膜,并可吹塑成型等等。在加工過程中,POE不需混煉和硫化,但可以通過交聯提高拉伸強度、耐熱性和耐化學品性能等。商品化的POE本身呈顆粒狀,可以直接加入到PP等其它材料中實行改性,可大大降低生產成本。
四、應用
EPDM應用比較廣泛,EPDM橡膠可用于汽車密封條、輪胎、建筑門窗密封/隔熱、塑膠跑道、電線電纜等領域。還能與EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料并用作為鞋材,常用于PP(聚丙烯)改性以及制備TPV(熱塑性硫化橡膠)。
使用阿朗新科的生物基EPDM材料制作的足球。圖源網絡POE材料的應用主要有三個方向:抗沖擊改性劑(即增韌劑)、模塑成型產品、擠出成型產品。由于跟PP、EVA、EPDM等結構相近,因此POE與這些材料的相容性很好,多用于改性EVA鞋中底、改性PP汽車零部件(保險杠、擋泥板等)、電線電纜、玩具、醫療器械等等。POE用作PP的抗沖擊改性劑,與傳統使用的EPDM相比,有明顯的優勢:
POE和EVA并用發泡,已經大量的被使用在如沙灘鞋、拖鞋、運動鞋的中底、鼠標墊、座墊、保麗龍材料、保溫材料、緩沖片材、箱包襯里等發泡產品上。圖源:SK化學POE通過過氧化物引發,可以順利且有效與MAH,GMA,AA等單體發生接枝反應,所得接枝物廣泛用于增韌PA等工程塑料,同時也可以當作相容劑用于塑料合金中。PP或PE回料添加POE共混造粒,或者直接注塑,會使得PP/PE回料的性能大為改觀,應用于如塑料托盤,塑料周轉箱,塑料工具箱,塑料辦公桌椅配件,沙灘椅等。EVA和POE混合使用得到的產品更柔韌,耐屈繞性更佳,產品更輕,抗環境應力更佳,廣泛地應用于吸塵器軟管,洗衣機軟管,排水管。POE可以大量的填充Al(OH)3或Mg(OH)2,其硬度和強度的變化率低,代替EVA或者與EVA并用生產無鹵阻燃電纜料已成為趨勢。圖源:美昱高分子原文始發于微信公眾號(艾邦彈性體網):POE和EPDM的對比