有一定生活阅历的人可能会有这样的体验,自行车手把一到冬天就变硬,没有弹性了;鞋底一到冬天就容易变脆,容易断裂。
其实这两种产品材质都是PVC的,PVC低温容易变硬,但TPE材料耐低温性则较为优良。为什么会这样呢?为了进一步分析这种现象,本文有必要引入物理学中的玻璃化温度(Tg)这一物理学名词。
什么是玻璃化温度
玻璃化温度Tg:指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度。聚合物材料所处温度低至Tg,材料会逐渐失去弹性,变硬。SBC拿SBS举例子,是苯乙烯丁二烯嵌段共聚物,苯乙烯段常温下是玻璃态,丁二烯段是高弹态。主要是由于苯乙烯段Tg高于常温在80~90℃,丁二烯Tg低于常温在-80~-90℃。SBS类弹性体常温可以定型,主要是由于苯乙烯段较高的玻璃化温度Tg,而其常温下的弹性特性,主要是由于丁二烯段较低的玻璃化温度Tg.
TPE|TPR弹性体耐低温分析
TPE、TPR(基于SEBS,SBS改性)配混体系由于丁二烯具有极低的玻璃化温度Tg(-80~-90℃),虽然其他配混体系的引入,一定程度降低TPE配混料的玻璃化温度,但TPE,TPR配混体系的Tg仍然可以维持在-60~-40℃较低的脆化温度。正是由于丁二烯链段极低的玻璃化温度,才成就了TPE|TPR材料优良的耐低温性能。
笔者观点:苯乙烯链段结构较为规整,结晶倾向强,Tg较高;丁二烯链段较为柔顺,不容易结晶,Tg很低。
PVC制品为什么不耐低温
PVC与PE单体分子结构唯一的差异是一个氢被氯所取代,却导致了二者性能的巨大差异。氯的原子半径要远大于氢(包括其他碳原子)。氯元素的引入,降低了聚氯乙烯分子结构的柔顺性,加大了其结晶倾向。从而导致PVC的玻璃化温度比PE要高。PVC的Tg在-10~-5℃,而PE的Tg在-20℃。PVC制品在温度较低时容易变硬、变脆,就是这个原因。
本文部分内容援引U-TPE弹性体论坛相关文章。
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