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在热塑性弹性体（TPE）的挤出加工中，TPV（热塑性硫化橡胶）与TPS（热塑性苯乙烯类弹性体）因其优异的弹性和加工性能被广泛应用于汽车密封件、工业管材等领域。然而，实际生产中常出现垂直于挤出方向的表面纹路（俗称“鲨鱼皮”或“熔体破裂”），且纹路间距宽窄不一，严重影响产品外观与力学性能。本文从材料配方（粘度特性）与加工工艺两大维度，系统解析纹路成因，并提出针对性改善方案。
一、材料配方角度：粘度特性与纹路形成机制
- 基体聚合物的分子量及分布
- 高粘度与弹性湍流：
TPV的基体通常为动态硫化的EPDM/PP体系，TPS则以SEBS/SBS等苯乙烯嵌段共聚物为主。若基体分子量过高（如EPDM交联度偏高或SEBS分子量分布宽），熔体粘度显著增大。在挤出过程中，高粘度熔体通过口模时，剪切速率超过临界值，导致弹性湍流，形成周期性纹路。
- 分子量分布不均：
分子量分布指数（PDI）过宽时，低分子量链段优先流动，高分子量链段滞后，造成熔体前沿断裂，纹路间距随机变化。
- 增塑剂与填料的调控失衡
- 增塑剂不足：
TPV/TPS中白油或添加量不足，熔体延展性下降，流动过程中弹性应力累积，加剧纹路产生。
- 填料分散不均：
碳酸钙、滑石粉等填料若未充分分散（团聚尺寸＞5μm），形成局部高粘度区域，挤出时流速差异导致纹路间距波动。
- 润滑剂与相容剂的影响
- 内润滑缺失：
未添加硬脂酸锌、EBS等内润滑剂，熔体与螺杆/料筒间摩擦阻力增大，剪切生热导致粘度不稳定。
- 相容性不足：
TPV中EPDM与PP相界面结合弱，导致相分离，熔体流动呈非均质特性。
二、加工工艺角度：流动不稳定性与纹路关联
- 温度控制失当
- 熔体温度过低：
若机筒温度设置偏低（如TPV加工温度＜180℃），熔体未完全塑化，粘度偏高，挤出时口模处压力波动显著，形成宽窄交替的纹路。
- 温度梯度不合理：
机筒分段温差过大（如后段至前段温差＞30℃），导致熔体经历反复“塑化-冷却”，流动连续性被破坏。
- 螺杆参数与剪切速率
- 螺杆转速过高：
转速超过临界值，剪切速率超过材料承受范围，引发熔体破裂。
- 压缩比与混炼段设计：
压缩比过低或混炼段长度不足，导致熔体均化不充分，局部粘度差异被放大。
- 口模设计与冷却速率
- 口模流道长径比（L/D）不足：
L/D＜20时，熔体在口模内停留时间过短，弹性应力未充分松弛，出口膨胀（Barus效应）加剧，形成周期性纹路。
- 冷却速率过快：
水冷槽温度过低（如＜15℃）或距离口模过近，表层熔体骤冷收缩，与芯层流动速度不匹配，产生拉伸共振。
三、改善方案：配方与工艺协同优化
- 配方优化策略
- 分子量调控：
选用PDI＜3的SEBS或动态硫化EPDM（交联度控制在80%~85%），并添加5%~10%低分子量PP（MFI 20~30 g/10min）降低整体粘度。
- 增塑体系平衡：
TPV中白油添加量提升至20%~25%，TPS中白油添加量15%~20%，并复配0.8%硅酮母粒改善流动性。
- 填料改性：
对碳酸钙进行硬脂酸表面包覆（活化度＞95%），添加量控制在15%以内，同时引入2%钛酸酯偶联剂提升分散性。
- 润滑与相容剂：
添加0.8%硬脂酸钙+0.5%EBS复合润滑体系，并采用1%~2%的PP-g-MAH改善TPV相界面结合。
- 工艺参数调整
- 温度梯度优化：
设置机筒温度分区为：TPV（后段170℃→中段190℃→前段200℃），TPS（后段160℃→中段180℃→前段190℃），口模温度降低5~10℃以稳定流动。
- 螺杆转速与剪切控制：
将转速限制在40~60 rpm，采用屏障型螺杆（压缩比3:1，混炼段6D）提升熔体均化度。
- 口模流道修正：
增大口模L/D至25~30，入口角优化为30°，并镀硬铬降低表面摩擦系数（Ra＜0.2μm）。
- 缓冷处理：
水冷槽温度调整为25~30℃，距离口模50~80cm，必要时增加红外预热段（80~100℃）延缓冷却。
- 设备与模具改进
- 熔体齿轮泵加装：
在挤出机与口模间增设熔体泵，将压力波动控制在±0.5 MPa以内。
- 自适应控制系统：
采用PID闭环控制，实时监测熔体压力与温度，动态调节螺杆转速与加热功率。
TPV/TPS挤出纹路的本质是熔体粘弹性与流动不稳定性的耦合作用。通过降低配方粘度（增塑剂、润滑剂）、优化加工剪切场（温度、螺杆设计）、改善口模流变环境（L/D、冷却）等系统性措施，可显著消除垂直纹路。未来研究可进一步探索纳米填料定向排布、微发泡缓冲等创新方案，以实现更高表面质量的挤出制品。
- TPV/TPE业务助理
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