“融点材料科技”推出新型高效TPU耐磨母粒

耐磨TPU市场需求广泛，比如电缆、角轮、皮带、扶梯等。这些应用中有的需要TPU材料耐磨，有的要求摩擦系数范围，还有要求两者兼备，这就对TPU材料的综合性能指标提出了很高的要求。

长期以来，TPU耐磨实现的方式无外乎添加润滑助剂、耐磨物质及引入微交联体系等，各种方法的特点见表1。昆山融点材料科技有限公司长期致力于All-SiV（硫化硅橡胶合金）的研发，公司TPU/硅橡胶合金产品具有区别于现有产品的耐磨特性，只需在TPU中添加适量的All-SiV母粒即可以使TPU的磨耗下降50%-75%，其耐磨性提高到原来的2-3倍，远超过市场现有耐磨TPU的效果，而且适量的添加对TPU摩擦系数的影响同现有几种耐磨TPU差异明显，我们做了如下对比：

表1  TPU耐磨不同实现方式对比

这里可以看出，通过简单添加All-SiV母粒可以明显提升TPU材料的耐磨性能，那什么是All-SiV呢？

All-SiV(Vulcanized silicone rubber alloy----硫化硅橡胶合金)是融点材料科技有限公司的特有技术，采用动态硫化交联技术将硅橡胶（氟硅橡胶）微粒均匀分散硫化在高分子材料中，形成微纳米海岛结构的高分子合金材料。

All-SiV产品的特点是均匀分散与微相尺寸的控制，下幅示意图是理想的分散状态：

（下图是融点A-S/TPU 2175 的SEM 50微米照片）

（下图是融点A-S/TPU 2175 的SEM  5微米照片）

SEM中能清晰看到合金材料中含有大量交联的硅橡胶微粒，且硅橡胶相分散均匀，相尺寸在2-10um之间，交联结构使得合金材料不出粉、不析蜡、不出油，生产过程中螺杆不打滑，同时也赋予了合金材料部分硅橡胶的优异性能，比如添加合金后的弹性体具有极佳的亲肤触感、易清洁性、人体排异性小等，那本文重点讲述的优异的耐磨性能其原理是什么呢？下面我们从力学、磨耗、摩擦系数这几个方面来分析。

一

对力学性能的影响

表2   TPU添加不同比例A-S/TPU母粒及硅酮母粒的力学性能对比

备注：

      1、试验用TPU为聚醚型80A，ZT300。

      2、试验用A-S/TPU母粒的载体为聚醚型80A，ZT300。

      3、试验用硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒。

小结：

• 添加了A-S/TPU母粒的TPU拉伸强度和撕裂强度都是增加的，伸长率变化不大。

• 添加了EVA载体硅酮母粒的TPU材料拉伸强度和撕裂强度都是下降的。

二

应用在不同类型TPU的磨耗对比

表3   A: 聚酯TPU磨耗对比（64D聚酯TPU添加A-S/TPU母粒及硅酮母粒的磨耗对比）

备注：

       1、本试验用TPU为聚酯型64D，ZT64D。

       2、A-S/TPU母粒的载体为ZT64D。

       3、硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒。

小结：

• 添加5%A-S/TPU母粒的磨耗与纯TPU比下降了60%。

• 添加10%A-S/TPU母粒的磨耗与纯TPU比下降了75%。

• 添加1%和2%硅酮母粒的材料磨耗与纯TPU比分别下降了30%和32%，比较接近。

  
  

表4  B：聚醚TPU磨耗对比：（80A聚醚TPU添加A-S/TPU母粒及硅酮母粒的磨耗对比）

备注：

       1、本试验用TPU为聚醚型80A，ZT300

       2、A-S/TPU母粒的载体为ZT300

       3、硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒

小结： 

• 添加1%和2%的硅酮母粒后，材料的磨损质量相差较小，硅酮母粒添加量的变化对提高耐磨的效果有限。

• 添加5%的A-S/TPU母粒的磨耗与纯TPU比下降了35.13%，与TPU+1%EVA载体硅酮母粒相当。

• 添加10%A-S/TPU母粒的磨耗与纯TPU比下降了51.35%，远超过添加硅酮母粒的效果。

以上是我们的实验数据，再来看一下实验样板的SEM：

从电镜图中我们可以看出它们的区别：

• 磨损形成的犁沟的排序（深度/宽度）：纯TPU > TPU+硅酮母粒 > TPU+All-SiV母粒，在实际样板上前两者的犁沟非常明显，而TPU+All-SiV母粒样板的犁沟肉眼几乎看不到）

  
  

• 磨损形成的沙拉马赫条纹的区别：

     *纯TPU的条纹又深又宽且呈现出趋向于不规则多边形的形状。

  
  

    * TPU+硅酮母粒的条纹的深度、宽度仅次于纯TPU，且形状也类似。  

                                  

     *TPU+All-SiV母粒的条纹的宽度和深度是最小的且呈现相对比较规整的棒条状。




• TPU+All-SiV母粒的样板磨掉的碎屑呈片状，而另外两者磨掉的皆为极细的粉末。

All-SiV母粒的添加效果明显的原因有以下几个方面：

• (1)   All-SiV母粒中含量有大量的硅橡胶，而硅橡胶的表面能比较低，只有19-21，这就在一度程度上降低了混合材料的摩擦系数，降低了磨耗。

• (2)   All-SiV母粒中硅橡胶是交联结构，因为常温下它在基体中是不可移动的，低表面能带来的耐磨性能是内外一致的，它的耐磨性能是永久性的，这一点它不同于迁移型的线性硅氧烷和蜡，当它们的润滑层磨损完了其耐磨性能也就降低甚至消失了。

• (3)   All-SiV母粒中，硅橡胶与TPU的相容我们是通过接枝、共聚的方式来实现的，界面强度高，类似于在纯TPU聚合中引入微交联体系的原理，有机硅相分离的特殊结构提升了材料的物理性能，特别是撕裂强度的提高，由于硅橡胶微粒的韧性非常好，可以起到韧性保护层和吸收冲击能量的作用，使得材料在磨损过程中不容易被切削破坏，且硅橡胶的压缩性高，在摩擦面上减少了对材料的摩擦破坏。

• (4)  All-SiV母粒的添加可以提高TPU材料的耐温性。摩擦时的真实接触面积对其磨耗有影响，与压力、模量以及粗糙度均有关联，提高纯聚合物的模量对其磨耗有利。而合金中的硅橡胶的海岛结构，其模量基本不随摩擦升温而变化，因此可以降低TPU随温度变化导致的模量降低，而纯TPU或者引入添加剂材料的模量会随温度升高而降低。因此合金在高温下模量的保持可以减少其在粘滑摩擦时的形变，减轻了拉伸和撕裂对材料的破坏，一定程度上也提高了其耐磨性能。

三

对摩擦系数的影响

同为有机硅，那添加All-SiV母粒和线性硅油来解决耐磨问题时它们在摩擦系数方面的区别在哪里？我们做了几组不同的实验。

表5  第一组：与离型纸的摩擦系数对比（负载：4.9N，接触面积：9.2*3cm, 100mm/min）

备注：

      1、试验用TPU为聚醚型80A，ZT300

      2、试验用A-S/TPU母粒的载体为聚醚型80A，ZT300

      3、试验用硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒

表6  第二组：与304不锈钢板的摩擦系数对比（负载：14.43N，接触面积：17*40cm，100mm/min） 

 

备注：

      1、试验用TPU为聚醚型80A，ZT300

      2、试验用A-S/TPU母粒的载体为聚醚型80A，ZT300

      3、试验用硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒

      4、在TPU+20% A-S/TPU母粒中，其摩擦系数是巨幅下降的，这和硅橡胶的含量有密切关系。

表7  第三组：与羊毛毡的摩擦系数对比  （负载：1.96N，接触面积63*63mm, 100mm/min）

备注：

      1、试验用TPU为聚醚型80A，ZT300。

      2、试验用A-S/TPU母粒的载体为聚醚型80A，ZT300。

      3、试验用硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒。

表8  第四组：材料自身摩擦系数对比（负载：0.98N，样条尺寸：80*20mm  100mm/min）

备注：

      1、试验用TPU为聚醚型80A，ZT300。

      2、试验用A-S/TPU母粒的载体为聚醚型80A，ZT300。

      3、试验用硅酮母粒为EVA载体硅酮母粒。

总结：由以上的几组摩擦系数的数据我们得出以下特点：

• 摩擦系数与所接触的介质关系非常大，与不同介质之间的摩擦系数的数值及变化趋势不完全一致，并不是全部上升或下降，更不是线性关系。
• 在TPU+All-SiV母粒与离型纸、不锈钢、羊毛毡等介质的摩擦系数实验中，10%以内的All-SiV母粒的添加量对摩擦系数影响相对较小，而且由于All-SiV独特的海岛结构，使其性能长期稳定，不会象添加了迁移型蜡和硅酮那样随着时间延长而变化明显。
• 在添加了10%以内的All-SiV母粒后的TPU材料与自身的摩擦系数急剧增加且增幅巨大，这个特性在一些特殊的对止滑有要求的应用中极具使用潜力。
• 在以上四个介质的摩擦系数实验中，添加量为20%含量All-SiV母粒的TPU的摩擦系数都是下降的，且降幅非常明显，在一些需要爽滑的产品中20%的添加量是起始点，达到这个添加量的弹性体材料在模具的配合下即可得到“细腻、柔软、爽滑”的极佳触感。
  
  

四

All-SiV在耐磨应用中的特性

既能大幅提升TPU耐磨性能又对材料的摩擦系数影响不大是我们All-SiV产品作为耐磨应用中最大的特点，如果您对我们的All-SiV产品在耐磨或其他方面有兴趣，那就马上联络我们吧！

昆山融点材料科技有限公司：

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刁小姐：15190193112

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原文始发于微信公众号（热塑性弹性体资讯）：“融点材料科技”推出新型高效TPU耐磨母粒