POE和EPDM的结构、性能、工艺及应用对比

  POE和EPDM都是聚烯烃家族,但在分类上,EPDM是合成橡胶,POE却是热塑性弹性体,两者为何有这样的差异呢?下面一起看看它们的结构、性能、加工工艺以及应用。

  总的来说,POE与EPDM分子主链结构很相似,都具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能,而POE与EPDM相比,除硬度、耐磨性略低外,POE的各项力学性能均优于EPDM;加工工艺上,EPDM需要硫化,后续难以回收,POE就可以直接共混、注塑,废弃后也易于回收。

  EPDM的大分子主链是饱和的,EPDM的E就是指乙烯,P就是指丙烯,D就是指第三单元体(这里指二烯烃,两个双键),所以乙烯、丙烯以及二烯烃,各有一个双键参与到主链的聚合,最终形成一个饱和的主链。

  POE是一种乙烯-α-烯烃共聚弹性体,其中α-烯烃是指双键在分子链端部的单烯烃,目前已知商品化的种类有α-丁烯(4C)、α-己烯(6C)、α-辛烯(8C)、丙烯。

  POE从本质上来说,就是在支化聚乙烯,聚乙烯链结晶区起到了物理交联点的作用,而α-烯烃的加入削弱了聚乙烯链结晶区,成为具有橡胶弹性的无定型区,所以使POE具有弹性体的性质。

  典型的两种POE基本结构如图所示,A结构由乙烯和辛烯组成,辛烯有8个C,B结构由乙烯和丁烯组成,丁烯有4个C,这是所谓的8C和4C之分。

  EPDM的主链是由化学稳定的饱和烃组成,只在侧链中含有不饱和双键,故其耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异。

  三元乙丙本质上是无极性的,对极性溶液和化学物具有抗性,吸水率低,拥有非常良好的绝缘特性。

  主链非常柔顺,丙烯上边的一个侧甲基破坏了大分子紧密的排列结构,破坏了乙烯跟丙烯的结晶,使得EPDM有很好的回弹性。

  EPDM属于聚烯烃家族,具有极好的硫化特性。在所有橡胶当中具有最低的比重。它能吸收大量的填料和油而影响特性不大。因此能制作成本低廉的橡胶化合物。

  在三元乙丙橡胶生产的全部过程中,通过改变第三单体的种类和含量,乙烯丙烯比,分子量及其分布都能调整其特性。

  辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为物理交联点,使其具备优秀能力的韧性又拥有非常良好的加工性;

  有很窄的相对分子质量分布和短支链,因而具备优秀能力的物理机械性能 (高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能;窄的相对分子质量分布使材料在注射和挤出过程中不易产生挠曲。

  其分子链是饱和的,所含叔碳原子相对较少,因而具备优秀能力的耐热老化和抗紫外线性能;

  三元乙丙橡胶需要经过密炼、拉片、过滤、压延(或挤出)成型、硫化等工序加工制作而成,制备工艺较为复杂。

  而POE有良好的加工性能,可采用热塑性塑料加工设施进行加工成型,成型加工温度和加工压力一般应略高一些,可在极高的加工速度下加工。

  除了注射成型、挤出成型,POE也可用压延机加工成板材或薄膜,并可吹塑成型等等。在工艺流程中,POE不需混炼和硫化,但能够最终靠交联提高拉伸强度、耐热性和耐化学品性能等。

  商品化的POE本身呈颗粒状,可以直接加入到PP等其它材料中实行改性,可大幅度的降低生产成本。

  EPDM应用较为广泛,EPDM橡胶可用于汽车密封条、轮胎、建筑门窗密封/隔热、塑胶田径运动跑道、电线电缆等领域。还能与EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)材料并用作为鞋材,常用于PP(聚丙烯)改性以及制备TPV(热塑性硫化橡胶)。

  POE材料的应用主要有三个方向:抗冲击改性剂(即增韧剂)、模塑成型产品、挤出成型产品。

  由于跟PP、EVA、EPDM等结构相近,因此POE与这些材料的相容性很好,多用于改性EVA鞋中底、改性PP汽车零部件(保险杠、挡泥板等)、电线电缆、玩具、医疗器械等等。

  首先,粒状POE易与粒状的PP混合,省去块状EPDM复杂的造粒或预混工序;

  其次,POE与PP有更好的混合分散效果,与EPDM相比,共混物的相态更为细微化,因而使抗冲击能力得以提高;

  再者,采用一般橡胶作为PP的抗冲击改性剂, 在提高冲击强度的同时,降低了产品屈服强度,而使用POE在增韧的同时,仍可保持比较高的屈服强度及流动性。

  POE和EVA并用发泡,已经大量的被使用在如沙滩鞋、拖鞋、运动鞋的中底、鼠标垫、座垫、保丽龙材料、保温材料、缓冲片材、箱包衬里等发泡产品上。图源:SK化学

  POE通过过氧化物引发,可以顺利且有效与MAH,GMA,AA等单体发生接枝反应,所得接枝物大范围的使用在增韧PA等工程塑料,同时也可以当作相容剂用于塑料合金中。

  PP或PE回料添加POE共混造粒,或者直接注塑,会使得PP/PE回料的性能大为改观,应用于如塑料托盘,塑料周转箱,塑料工具箱,塑料办公桌椅配件,沙滩椅等。

  EVA和POE混合使用得到的产品更柔韧,耐屈绕性更佳,产品更轻,抗环境应力更佳,广泛地应用于吸尘器软管,洗衣机软管,排水管。

  POE可以大量的填充Al(OH)3或Mg(OH)2,其硬度和强度的变化率低,代替EVA或者与EVA并用生产无卤阻燃电缆料已成为趋势。图源:美昱高分子