TPV的基本性能及影响因素（一）

TPV的性能决定TPV材料的应用领域。其中力学性能最为基本。首先了解一下TPV拉伸过程中的机理。TPV拉伸试验中的FEM分析表明，在固态变形期间，PP相仅部分产生形变。薄PP层在赤道区域（垂直于施加的负载）产生形变，PP相的其余部分不受影响。酚醛树脂交联PP/EPDM-TPV的变形机理，在PP/EPDM-TPV拉伸过程中，大多数PP作为EPDM颗粒之间的粘合点发生形变。在拉伸回复期间，部分PP被弹性EPDM拉回，小部分PP发生不可逆形变。TPV动态形变和回复示意图，如图1-1所示。Oderkerk等利用原子力显微镜（AFM）和透射电镜（TEM）证明了尼龙6/EPDM-TPV的微观力学形变和应变恢复过程中，塑性变形在橡胶颗粒之间的最薄区域开始。

图1-1热塑性硫化胶形变和回复过程。

Fig.1-1 Sketch illustrating the deformation and recovery of dynamically vulcanized blends.

TPV的力学性能及影响因素

TPV的力学性能是最重要的性能之一。其力学性能通常用拉伸曲线来表示。与传统橡塑共混物相比，TPV材料通过动态硫化，橡胶高度交联及破碎，导致相反转，形成以橡胶为分散相，塑料为连续相的“海-岛”结构，并最终使得橡塑共混物具有较高的力学性能和弹性性能。最常见的PP/EPDM-TPV材料，由于橡胶发生交联形成网络结构使得共混物具有更好的橡胶弹性性能，包括弹性模量大、永久变形（拉伸或压缩变形）小。

TPV力学性能主要取决于橡胶相的交联程度、橡胶/塑料（R/P）组成比、橡胶颗粒的尺寸和尺寸分布、交联网络结构、塑料基质的厚度、塑料相与橡胶相的相容性、TPV中的添加剂和动态硫化（DV）条件等。

一、橡胶相交联程度对力学性能的影响。

在交联剂含量较低时，共混物的拉伸强度和断裂伸长率随着橡胶相交联程度增加而增加，当到达一定量时，共混物的拉伸强度和断裂伸长率不再随着交联剂的增加而改变，进一步增加交联剂用量，导致拉伸强度和断裂伸长率降低。研究表明在过氧化物交联体系用量较低时，EOC/PP-TPV材料的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度随着过氧化物交联体系用量的增加而提高。达到最大值后，继续增加过氧化物交联体系的用量导致EOC/PP-TPV材料的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度下降如图1-2所示。这是由于少量的过氧化物下，交联缓慢，有利于交联EOC颗粒的形成及均匀分散，在大量过氧化物下，交联速率和交联程度提高，形成粗交联的EOC颗粒，导致EOC/PP-TPV材料的断裂伸长率小。

图1-2不同过氧化物含量的EOC/PP-TPV拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度。

Fig.1-2 Tensile strength, elongation at break and tear strength as a function of theperoxide concentration for phase mixed EOC/PP-TPV.

• 橡胶颗粒尺寸（d_n）和塑料基质厚度（ID_poly）对力学性能的影响。TPV的拉伸强度随着d_n和ID_poly的减少而增加。L'bee等制备不同橡胶颗粒尺寸的TPV，其范围为1-70μm，随着d_n减少TPV的拉伸强度和断裂伸长率增加，但是弹性模量减小，弹性模量的减小是由于聚丙烯中β晶体比例的增加以及界面出晶体的排列和取向造成的。结果表明， EPDM/PP-TPV的拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量均随着d_n的减小而增加，如图1-3所示。

图1-3（a）不同d_n的EPDM/PP-TPV样品A-D的AFM相图像（较浅和较暗的区域分别代表PP相和EPDM相）；（b）应力-应变曲线和（c）不同d_n的EPDM/PP-TPV样品A-D的弹性模量。

Fig.1-3 (a) AFM phase images of EPDM/PP-TPVs samples A–D with different d_n. (The lighter and darker regions represent the PP and EPDM phases, respectively); (b) stress-strain curves and (c) elastic modulus of EPDM/PP-TPV samples A–D with different d_n。

三、R/P组成比对力学性能的影响。

研究表明，由于塑料相和橡胶相的内在分子特性不同，塑性相组成的增加导致TPV的拉伸强度增加但断裂伸长率减少。近年来，关于组成比对TPV力学性能的影响的研究主要集中在新型TPV体系上，如生物基TPV，Kang等人研究了BPE含量对生物基聚酯弹性体（BPE）/PLA-TPV的拉伸强度和硬度的影响，研究表明，随着BPE含量的增加BPE/PLA-TPV的拉伸强度和硬度下降。当BPE含量增加到80 wt%时，由于高含量BPE颗粒在PLA基体中的分散不均匀，TPV的断裂伸长率值也随降低。

四、添加增容剂或原位增容对力学性能的影响。

一般情况下，可以通过增加橡胶和塑料之间的界面相互作用，改善TPV的相容性，进而减小橡胶颗粒的尺寸，最终改善TPV的拉伸强度和断裂伸长率。赵等研究了不同SBS用量对高抗冲聚苯乙烯（HIPS）/高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVPBR）TPV的机械性能影响。研究表明添加12 phr的SBS作为增容剂，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）/高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVPBR） TPV的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度显著改善，这是由于SBS的存在增强了橡胶和塑料之间的界面相互作用，并减少了橡胶颗粒的尺寸。段等报道了由DCP引起PLLA基体链缠结的增强，引发了PLLA的分支反应，改善了PLLA与NBR的相容性，使得NBR/PLLA-TPV的韧性大幅度提高。然而，在某些情况下，因为增容剂的弹性模量低于TPV，增容剂的加入会降低TPV的弹性模量。

五、添加填料对力学性能的影响。

由于填料对TPV的增强作用和改性填料与TPV之间良好的界面相互作用，TPV的拉伸强度和模量随着改性填料的加入而增加。但TPV的断裂伸长率随着刚性填料含量的增加而降低。研究表明随着纳米二氧化硅含量的增加，马来酸亚甲基丙烯单体橡胶（EPM）/PP-TPV的拉伸强度、模量和冲击强度都得到了显著改善。这是由于纳米二氧化硅对TPV的强烈增强作用，纳米硅的存在导致聚合物-填料相互作用增强，使得分散的橡胶相尺寸减小。陈等报道，随着ZDMA的加入，PP/EPDM-TPV的拉伸强度、硬度、撕裂强度和断裂伸长率均增加。这是由于ZDMA与EPDM和PP反应形成的一层厚厚的ZDMA纳米颗粒。此外，ZDMA的加入减小了EPDM颗粒的尺寸。曹等报道，添加氢氧化镁（MH）导致TPV模量增加和断裂伸长率急剧减少。然而，有机改性蒙脱土(o-MMT)取代少量MH后，TPV的拉伸强度和断裂伸长率均显著升高，且随着o-MMT含量的增加，TPV的拉伸强度和断裂伸长率值进一步升高。

六、制备方法对力学性能的影响。

Babu等报道了相混合法制备的EOC/PP TPV比预混合或分批添加法制备的EOC/PP-TPV具有更细的橡胶结构，因此具有更好的力学性能。通过控制FKM和SiR的交联制备了三种PVDF/FKM/SiR-TPV，结果表明，交联核/交联壳TPV显示出高于交联核TPV、交联壳TPV和PVDF/FKM/SiR物理共混物的拉伸强度，如图1-4所示。主要原因是交联FKM壳层包封在交联SiR上形成的交联核/交联壳TPV能更有效地传递应力。此外，交联FKM壳层在外加应力作用下可以作为有效的过渡层。

图1-4（a）PVDF/SR/FKM-TPV的核-壳动态硫化示意图（b）具有交联控制微结构的PVDF/FKM/SR共混物的应力-应变曲线（c）PVDF/FKM/SR简单共混物中可能的应力线分布模型（d）PVDF FKM/SR核/壳双交联TPV应力线分布的模型。

Fig.1-4 (a) Schematic of core−shell dynamical vulcanization of PVDF/SR/FKM-TPV; (b) Stress−strain curves of PVDF/FKM/SR blends with crosslinking-controlled microstruc-tures, (c) possible model of stress line distribution in PVDF/FKM/SR simple blend, (d) possible model of stress line distribution in the PVDF/FKM/SR core/shell bicrosslinked TPV.