从理解“回弹性”来改善TPV防尘罩的压缩变形性能

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所属分类:弹性体文章

一、什么是回弹性

首先百度百科:

中文名称:回弹性,英文名称:resilience

定  义:导致物体形变的外力撤除后,物体迅速恢复其原来形状的能力。通常用应变的试样在应力除去后快速回复时的输出能与使试样应变时的输入能之比值来量度。比值越大回弹性越好。

在橡胶和热塑性弹性体行业,有标准:DIN 53512 橡胶和弹性体的检验 回弹性的测定,测试示意图如下:

从理解“回弹性”来改善TPV防尘罩的压缩变形性能

TPV回弹性测试仪器示意图

回弹性体R(%)=HR/H0*100,式中:HR是回弹高度,H0是摆锤落下高度。

二、回弹性与刚性的区别

引用百度知道:zt3310691 的解说:

刚性是指材料在受到外界压力时,抵抗变形的能力。也就是说,材料刚性越大,受到外力时,变形越小。而回弹性则是另一回事,是材料变形后,在外力撤销的情况下,恢复原来形状的能力。
再说一下这两个指标的应用范围,刚性基本上所有的材料都会有这个指标,只不过有很多种表现形式。比方说材料的拉伸强度,弹性模量,表面硬度,橡胶的硬度等等,各种材料的刚性指标都会有不同的测试方法和数值范围。比如矿物,一般用莫氏硬度;金属材料,有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等;塑料和橡胶,一般用邵氏硬度和帕氏硬度。通常认为比较软的弹性体都是用邵A表测试硬度。
而回弹性通常只用于橡胶和弹性体的评估,因为其它材料要么可变形量非常小(比如一般的硬塑料材料及脆性金属等),要么就根本无法回弹(比如有很好延展性的金属白银、黄金等)
如果材料的应用中必须要有弹性变形过程,那就首选橡胶材料系,在橡胶材料中选择高强度的品种,比如高强度的聚氨酯、丁晴橡胶等等。如果材料的首要任务还是抵抗变形,那么可以选择高强度的工程塑料,比如PPS,PA66GF,PEEK,PAI,PEI 等等。

三、高分子结构与回弹性的关联

引用小木虫:文1226的解说:

回弹性则是用来描述弹性大小的量值。以在规定条件对物体施加作用力后,物体恢复原来形状的时间;硬度就是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。这两者之间没多大关系,物质的硬度主要是跟构成物质的原子排布有关系, 柔性是与分子内旋转有关。

若是从本身结构来说,假如是线型聚合物,除了与主链结构有关还有结晶度、支链结构、分子量的大小及分布等,若是交联聚合物,那就还和交联密度有关,在一定交联程度的范围,随着交联密度的增加,回弹性增大。当然还和工艺条件(加工温度及时间)有关。

支链结构会影响结晶度,但结晶度也不是越大,回弹性就越好,也只是在一定的范围内越大,回弹性增加。回弹性,具体我也说不清楚,不是单因子,分子量增加,分子间作用力增大,回弹性会有所提高。

四、如何调整TPV配方来增加防尘罩的回弹性?

如下图,是某吹塑防尘罩厂家使用不同材料做成的防尘罩回弹性测试结果,前面2种是纯TPV,第3个是TPV+SEBS并用的材料:

从理解“回弹性”来改善TPV防尘罩的压缩变形性能

从上图看出,第1种TPV是95A,第2种是90A,初步判断,第1种TPV因为聚丙烯含量比较高,导致压缩回弹比第2种TPV的要差。第三种TPV(并用SEBS)的回弹性最好。为什么会是这么个结果呢?我们先从防尘罩的结构来分析,如下图是常规的防尘罩:

从理解“回弹性”来改善TPV防尘罩的压缩变形性能

上图左右的波纹防尘罩有主机厂对几十万次的回弹高度有要求。比如高度降低要低于12%。那么如何来提高这个压缩回弹性呢?通常从2方便考虑:

4.1. 从防尘罩产品结构

通常防尘罩的波峰波谷段的壁厚提高;但这个方法,使材料成本增加,通常不太可取;

4.2. 从材料本身的回弹性

a. 增加橡胶相比例;

b. 提高橡胶相的交联密度;

c. 改善橡胶相与塑料的相容性;

d. 通过合理的配方,尽可能让塑料相不变形,而让橡胶相产生变形。

回到上面的话题,为什么SEBS+TPV的压缩回弹更好?可能的原因是SEBS中苯乙烯分子大,比较难变形,而EB段又有非常好的弹性回复。

TPV与SEBS改性可参考:热塑性弹性体TPV改性SEBS指南

延伸阅读:有关“弹性”概念的厘清及其与TPE结构、组分之间的关系

  • TPV/TPE业务助理
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