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熱塑性彈性體TPE在PVC門窗異型材上的應用

來源:中國門窗＆配套材料網收集整理 　作者:牛建華 林政 　日期:2008-10-13
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　　摘要：介紹了熱塑性彈性體TPE的材料特性和共擠出技術，并對這種材料的性能指標進行了闡述和分析。通過科學的選材、合理的配方設計和先進的共擠工藝，可以生產出粘結牢固、性能優良的TPE共擠PVC異型材，使用壽命長、密封效果好。

    前言  

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　　摘要：介紹了熱塑性彈性體TPE的材料特性和共擠出技術，并對這種材料的性能指標進行了闡述和分析。通過科學的選材、合理的配方設計和先進的共擠工藝，可以生產出粘結牢固、性能優良的TPE共擠PVC異型材，使用壽命長、密封效果好。


    前言  


    作為門窗節能中的一環，密封膠條（以下簡稱膠條）的質量起著相當重要的作用。目前國內大量采用的是PVC增塑膠條，以人工穿插形式安裝在PVC異型材的凹槽中，這類膠條通常以PVC樹脂配以增塑劑、填充劑等擠出成型，生產難度小，價格低廉，但性能低劣，膠條中的增塑劑容易遷移析出，使接觸的PVC異型材表面被溶脹、變色，使用過程中膠條容易在接頭處因遇冷收縮形成密封空白，影響密封效果，目前該類產品主要作為低端產品使用。因此，在鋁、塑門窗競爭激烈的今天，對PVC異型材的膠條和工藝進行升級換代，是擺在國內PVC異型材行業面前的一項重要課題。本文介紹采用熱塑性彈性體TPE通過共擠出工藝生產PVC異型材的方法，并系統對比了該產品和傳統產品的性能特點。  


    1、材料  


    1.1熱塑性彈性體TPE簡介  


    熱塑性彈性體TPE是一種兼具塑料和橡膠特點的材料。一般指常溫下體現出橡膠的彈性，高溫下又能塑化成型。既克服了橡膠難以加工的缺點，又改善了塑料的低溫脆性，而且在性能上接近甚至超過橡膠。PVC/橡膠共混型，TPEE以PVC與橡膠類材料的共混物作為基體樹脂，所采用的橡膠材料是丁腈橡膠（NBR），PVC與NBR同屬極性高聚物，兩者的溶解度參數非常接近，黏流態時，根據相似相容原理，二者可以實現較好的混合，實踐也證明彼此間確實能夠按照任意比例共混。  


    PVC/橡膠共混型即TPE具有良好的彈性，首先是橡膠材料本身顯示的彈性；其次，PVC是一種低結晶高聚物，它的微晶結構交聯各種無定型大分子，形成三維網絡結構，從而令PVC材料具有一定的粘彈性能。  


    1.2 配方組成和功能  


   PVC/橡膠共混型TPE的配方組成和功能見表l。

    選用S-1300型PVC樹脂，可以兼顧韌性和加工性，并根據不同的需求確定穩定體系和潤滑體系；增塑劑的選擇綜合考慮增塑效率、耐久性、衛生性、低溫要求等因素，確定以鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）為主，以癸二酸二異辛酯（DIOS）為輔的增塑劑體系；填料是輕質活性CaCO3；粉末丁腈橡膠（NBR）是一種預交聯丙烯腈和丁二烯的共聚物，并且添加了少量的PVC：由于丁腈橡膠中的丁二烯含有不飽和雙鍵，一般只能用于深色制品，所以添加了一定量的炭黑、抗氧劑和紫外線吸收劑，來增強耐氧、耐候性能。  


    1.3 混合與造粒  


    TPE材料采用不同于一般混料的方式進行混合。首先除丁腈橡膠粉末外，將其他原料分批投入高速混合機，混合至105℃排料至低速混合機，低速混合至40℃以下時放料，得到半成品混合料；再將丁腈橡膠粉末按配方中的用量與混好的半成品料一并投入高速混料機，混合至90℃放料，再冷混至40 ℃出料，備用。  


    混合好的物料呈粉末狀，通常不能直接使用單螺桿擠出機進行加工，需要先進行造粒。造粒分為熱切和冷切2種，一般采用雙階熱切工藝。  


    2、共擠出工藝  


  TPE 共擠出工藝主要分2 種，即前共擠（FCE）和后共擠（PCE），兩者各有特點。共擠出前一般需進行烘干處理，烘箱溫度80 ℃左右， 烘干時間為2 h。


  （1）前共擠（FCE）工藝

  前共擠（FCE）工藝，屬一次成型工藝，采用2 臺擠出機向同一成型模具擠出具有不同流變行為或顏色的熔融物料，熔體在成型模具內各自流道中流動，在口模處匯合擠出，在定型模具中冷卻定型。前共擠模具與普通PVC 異型材模具不同，異型材斷面與常規產品也有所區別 （見圖1）。

　　圖1 前共擠TPE共擠異型材與常規異型材斷面前共擠工藝的優勢是TPE 與PVC 異型材粘結牢固、工藝簡單、用料節省；缺點 是膠條出現問題后無法對膠條進行維修更換，只能對整根異型材進行整體更換。前共擠工藝一般適用于玻璃壓條異型材上。


　　（2）后共擠（PCE）工藝

　　后共擠（PCE）工藝，與前共擠工藝不同，屬二次成型工藝，PVC 異型材經真空定型模定型冷卻后，在定型水箱后段加裝后共擠模具，由單螺桿共擠機通過共擠模具向異型材凹槽中擠入TPE 材料，經獨立的定型模具冷卻定型。該工藝的優缺點與前共擠工藝剛好相反。通常該 工藝被應用于框扇等主型材的擠出上（見圖2）。

　　3 性能與分析

　　按GB 12002—89《塑料門窗用密封條》和企業標準Q/JYKB 0001—2007《熱塑性彈性體TPE 橡塑材料》相關規定，對TPE 共擠密封膠條部分性能進行檢測，結果見表2。

　　表2 TPE 共擠密封膠條的主要性能

　　注：①0 ℃與40 ℃硬度差。


　　從表2 可以看出，熱塑性彈性體TPE 材料具有很好的粘結性能、拉伸性能和低溫韌性，材料硬度隨溫度的變化波動較小。密封膠條的加熱后尺寸變化率與PVC 異型材相近，不會出現因收縮率不同而引起的兩者分離現象。更為突出的是熱塑性彈性體TPE 實現了有效的增塑劑保 護，能牢牢“鎖住”材料中的增塑劑成份，降低了增塑劑的析出傾向，加熱失重僅為1.9%，而普通PVC 增塑膠條的加熱失重通常在15%以 上，這使得共擠密封膠條能持久保持柔韌性，塑料門窗的長期密封功能也得到了保證。


   4、結語  


    熱塑性彈性體TPE材料具有較高的物理機械性能，是首選的塑料門窗密封材料。通過科學的選材、合理的配方設計和先進的共擠工藝，可以生產出粘結牢固、性能優良的TPE共擠PVC異型材，使用壽命長、密封效果好。相信通過行業同仁的共同探索、努力和完善，這項技術將會更趨成熟，能夠更好地服務于我國PVC塑料異型材和門窗行業的技術創新。



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