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熱塑性聚酯彈性體TPEE簡(jiǎn)介

 

熱塑性聚酯彈性體(TPEE)是一種嵌段共聚物，其中：含有高熔點(diǎn)、高硬度的結(jié)晶型聚酯硬段和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較低的非晶型聚醚或聚酯軟段，呈兩相締合結(jié)構(gòu)，硬鏈段結(jié)晶起物理交聯(lián)作用，穩(wěn)定制品尺寸，軟鏈段無(wú)定形賦予聚合物高回彈性。

因此增加硬段比例可以提高TPEE的硬度、強(qiáng)度、耐熱性及耐油性；而增加軟段比例可提高TPEE的彈性、低溫?fù)锨?，但是耐熱性、耐油性及機(jī)械強(qiáng)度變差。

 

TPEE同時(shí)具有橡膠的柔軟性、彈性，以及熱塑性塑料的剛性、易加工性，其邵氏硬度為28-82A，可通過(guò)調(diào)節(jié)軟硬段比例使TPEE的彈性和強(qiáng)度處于橡膠和塑料之間。它具有極高的拉伸強(qiáng)度。與聚氨酯(TPU)相比，TPEE壓縮模量與拉伸模量要高得多。用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件前者可以承受更大的負(fù)載。TPEE低溫柔順性好，低溫缺口沖擊強(qiáng)度高，耐磨耗性與TPU相當(dāng)。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的特點(diǎn)

 

TPEE具有橡膠的彈性和工程塑料的強(qiáng)度，與橡膠相比，它具有更好的加工性能和更長(zhǎng)的使用壽命；與工程塑料相比，同樣具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而柔韌性和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能更好。

 

·熱性能：TPEE具有優(yōu)異的耐熱性能，硬度越高，耐熱性越好。

 

·耐化學(xué)介質(zhì)性：TPEE具有極佳的耐油性，在室溫下能耐大多數(shù)極性液體化學(xué)介質(zhì)(如酸、堿、胺二醇類化合物)，但對(duì)鹵代烴(氟里昂除外)及酚類的作用卻無(wú)能為力，其耐化學(xué)品的能力隨其硬度的提高而提高。

 

·耐老化性：TPEE在很多不同條件下，如在水霧、臭氧、室外大氣老化等條件下，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。

 

·可回收再利用：TPEE產(chǎn)品的綠色環(huán)保特性，在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

 

通過(guò)開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新品種，TPEE的綜合性能也得到了提升，其在汽車、軌道、工業(yè)、電子和高分子材料改性劑等領(lǐng)域表現(xiàn)出很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的合成及性能

 

不同鏈段結(jié)構(gòu)對(duì)TPEE組成的均一性有影響，主要是對(duì)鏈段相容性的影響。

 

·當(dāng)軟段聚醚相同時(shí)，硬段聚酯的相容性：PBT＞PET。

 

·當(dāng)硬段聚酯相同時(shí)，軟段聚醚的相容性：PEG＞PTMG＞PTMG-PPG共聚醚＞PPG。

 

對(duì)于同一種聚酯或聚醚，相容性一般隨其相對(duì)分子質(zhì)量增大而降低。軟硬段的相容性好，嵌段共縮聚較易進(jìn)行，TPEE的相對(duì)分子質(zhì)量高，物理化學(xué)性能也會(huì)達(dá)到一定水平。TPEE的合成方法主要有端羥基聚醚法、端乙酰氧基聚醚法、鏈交換法。

 

TPEE具有非常好的拉伸強(qiáng)度、韌性和回彈性，其拉伸模量和壓縮模量遠(yuǎn)高于聚氨酯(TPU)。當(dāng)應(yīng)變?yōu)?%~25%時(shí)，TPEE的彈性是工程塑料的3~10倍，彎曲應(yīng)力是天然橡膠的6~12倍。與車用橡膠相比，TPEE的抗撕裂強(qiáng)度高2~10倍，拉伸強(qiáng)度高2~6倍。

 

在低應(yīng)變條件下，TPEE還具有非常好的耐疲勞性能，彈性恢復(fù)性較好，具有較高的彎曲使用壽命，模量比其他具有相同硬度的TPE低。因?yàn)闇髶p失少和高彈性，TPEE更適合在多次循環(huán)負(fù)載的條件下使用。故TPEE的低溫缺口沖擊強(qiáng)度優(yōu)于TPU和增塑聚酰胺11。此外，TPEE還具有優(yōu)良的耐磨耗性，與TPU相當(dāng)。

 

TPEE的使用溫度范圍寬，在溫度降至-70℃時(shí)，TPEE仍然不會(huì)變脆，耐寒性非常好，-40℃的條件下能長(zhǎng)期使用，其沖擊強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其他TPE；120℃以上，TPEE 的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)勝于TPU；150℃時(shí)，也能保持極好的力學(xué)性能；TPEE的短期使用溫度更高，可以適應(yīng)汽車生產(chǎn)線上150~160℃的烘漆溫度。

 

與其他TPE相比，TPEE的耐熱性能最高，且在高、低溫條件下的力學(xué)性能損失小。TPEE在室溫條件下耐酸、堿、胺及二醇類化合物等大多數(shù)極性液體，其耐化學(xué)藥品腐蝕的能力隨硬度的提高而提高。

 

TPEE具有優(yōu)異的耐油性，燃油滲透性僅為氯丁橡膠、丁腈橡膠、氯磺化聚乙烯等耐油橡膠的1/3~1/300。TPEE對(duì)大多數(shù)的有機(jī)溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗?jié)B透性能較好。

 

TPEE具有優(yōu)異的耐熱性能，硬度越高，耐熱性越好。TPEE在110～140℃連續(xù)加熱10h基本不失重，因而TPEE的使用溫度非常高，短期使用溫度更高，能適應(yīng)汽車生產(chǎn)線上的烘漆溫度(150-160℃)，并且它在高低溫下力學(xué)性能損失小。TPEE在120℃以上使用，其拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TPU。此外，TPEE還具有出色的耐低溫性能。TPEE脆化溫度低于-70℃，并且硬度越低，耐寒性越好，大部分TPEE可在-40℃下長(zhǎng)期使用。由于TPEE在高、低溫時(shí)表現(xiàn)出的均衡性能，它的工作溫度范圍非常寬，可在-70～200℃使用。TPEE的耐油性極好，在室溫下能耐大多數(shù)極性溶劑（如酸、堿、胺及二醇類化合物），但不耐鹵代烴（氟里昂除外）及酚類。其耐化學(xué)品的能力隨其硬度的提高而提高。

 

TPEE對(duì)大多數(shù)有機(jī)溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗?jié)B透蝕能良好，其燃油滲透性僅為氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯、丁腈橡膠等耐油橡膠的三百分之一跟三分之一左右。但TPEE耐熱水性較差，添加聚碳酰亞胺穩(wěn)定劑可以明顯改善其抗水解性能。在TPEE分子鏈中的PBT硬段引進(jìn)苯基衍生物PEN，可以獲得耐水性和耐熱性更好的TPEE。

 

TPEE是一種具有優(yōu)異綜合性能的工程彈性體，強(qiáng)度高，回彈性好，抗蠕變、沖擊和屈撓疲勞性及耐磨性能均很好。TPEE的力學(xué)性能與其組成有密切關(guān)系，隨著聚合物中硬段含量的增加，產(chǎn)品硬度、密度、熔點(diǎn)、軟化點(diǎn)、彎曲模量和拉伸強(qiáng)度提高，而拉斷伸長(zhǎng)率和回彈性則相應(yīng)降低。通過(guò)對(duì)軟硬段比例的調(diào)節(jié)，TPEE的硬度可在27-80(邵爾D)范圍內(nèi)變化，其彈性和強(qiáng)度介于橡膠和塑料之間。與其他熱塑性彈性體(TPE)相比，在低應(yīng)變條件下，TPEE模量比相同硬度的其他熱塑性彈性體高。當(dāng)以模量為重要的設(shè)計(jì)條件時(shí)，用TPEE可縮小制品的橫截面積，減少材料用量。TPEE 具有極高的拉伸強(qiáng)度。

 

與聚氨酯(TPU)相比，TPEE壓縮模量與拉伸模量要高得多，用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件，前者可以承受更大的負(fù)載。在室溫以上，TPEE彎曲模量很高，而低溫時(shí)又不像TPU那樣過(guò)于堅(jiān)硬，因而適宜制作懸臂梁或扭矩型部件，特別適合制作高溫部件。TPEE 低溫柔順性好，低溫缺口沖擊強(qiáng)度優(yōu)于其他TPE，耐磨耗性與TPU相當(dāng)。在低應(yīng)變條件下，TPEE 具有優(yōu)異的耐疲勞性能，且滯后損失少，這一特點(diǎn)與高彈性相結(jié)合，使該材料成為多次循環(huán)負(fù)載使用條件下的理想材料，齒輪，膠輥、撓性聯(lián)軸節(jié)、皮帶均可采用。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE應(yīng)用

 

①汽車行業(yè)：汽車安全氣囊蓋板及汽車進(jìn)氣管；

 

②工業(yè)部件：傳動(dòng)皮帶及消音齒輪；

 

③化工行業(yè)：設(shè)備管道閥件及高分子改性劑；

 

④電子電氣行業(yè)：耐高低溫電線護(hù)套；

 

⑤體育用品：溜冰鞋輪。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的成型加工方法簡(jiǎn)介

 

1、擠出成型

 

采用特定的單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)，可將TPEE擠出成型為片材、管材、棒材、纖維、薄膜等形式。

 

2、注射成型

 

用注射成型方式可以將TPEE加工成各種形狀和尺寸的制品，因需要一定的塑化和熔融，TPEE更適用于螺桿式的擠出機(jī)。

 

3、吹塑成型

 

要求成型樹(shù)脂擁有較高的熔體黏度和熔融強(qiáng)度。

 

4、其它成型工藝

 

包括旋轉(zhuǎn)成型和熔融澆鑄工藝成型。

 

擠出成型時(shí)的十個(gè)注意事項(xiàng)：

 

①干燥

 

在成型前，無(wú)論TPEE原料包裝良否，皆需要干燥。TPEE具有常溫下耐水解性，不與空氣中的水分反應(yīng)，它有微弱的吸水性，為了制件的完美，在使用前需要干燥。未充分干燥的TPEE原料易導(dǎo)致加工困難，引起分子量變化及機(jī)械性能的下降，比如，擠出產(chǎn)品表面不良及壁厚不一致，或成品物性的降低，所以在成型前必須先把TPEE原料充分干燥至含水量500ppm(0.05%)以下。

 

TPEE材料具有一定的吸濕性，引起擠出時(shí)的材料降解。加工時(shí)材料于生產(chǎn)前開(kāi)包并盡量整包加入料斗，每次盡可能加滿料斗并且密封好，最好在除濕干燥器中干燥。

 

若使用色粉(Pigment)或色母(Color Masterbatch)染色，必須與TPEE本色粒子充分混合后，一起干燥。

 

干燥條件：110℃熱風(fēng)干燥4小時(shí) ；除濕干燥3小時(shí)。

 

（如樣品太少，可用烘箱烘烤，將樣品粒子平鋪在烘箱內(nèi)，盡量確保每個(gè)粒子都可以烘干到位）烘干后立刻進(jìn)行加工。

 

②擠出成型設(shè)備要求

 

 

如上圖所示，一般單螺桿三段式押出機(jī)適合于TPEE的押出；而L/D介于20~30，壓縮比介于2.5~3.5皆可以使用。螺桿的螺距與直徑(等長(zhǎng)，淺的螺紋深度效果較佳，螺桿及料管的間隙約為0.1~0.2mm。

 

最佳的螺桿設(shè)計(jì)應(yīng)避免激烈磨擦過(guò)熱而使得材料分解裂化，降低機(jī)械物性，因此螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)依螺桿直徑而設(shè)定在30~50rpm范圍。

 

③擠出成型溫度設(shè)定

螺桿長(zhǎng)徑比最好為24∶1，料筒溫度應(yīng)比產(chǎn)品熔程高5～10℃。

 

④送料斗和進(jìn)料口

 

單螺桿擠壓機(jī)上常用的高架的或是切線型的進(jìn)料口就能滿足TPEE產(chǎn)品的加工要求。

 

建議用水冷卻進(jìn)料口以防止樹(shù)脂在進(jìn)入螺桿時(shí)溫度過(guò)高，這樣既能保障物料的運(yùn)送, 同時(shí)還能保護(hù)動(dòng)力軸承。

 

⑤擠出機(jī)的清洗

 

需要停機(jī)一段時(shí)間時(shí)，可使用PS或HDPE來(lái)清洗料管。模頭及接頭，須視使用情況，一段時(shí)間后清洗累積的焦化物。

 

⑥模頭設(shè)計(jì)

 

為使材料能有順暢的流動(dòng)，并方便模頭的清洗，在模頭的設(shè)計(jì)上應(yīng)避免死角。管件或異形押出須使用長(zhǎng)形的模頭，除了降低剪切應(yīng)力外，也會(huì)有較穩(wěn)定的押出量，其長(zhǎng)度為噴嘴直徑的2~4倍。

 

⑦冷卻與定形

 

TPEE的冷卻水槽設(shè)備，通常比一般熱塑性塑料長(zhǎng)，長(zhǎng)度依據(jù)材料規(guī)格，押出形狀，斷面和抽拉速度而定。由于TPEE的摩擦系數(shù)較一般熱塑性塑料高 ，故定形亦較困難，較高硬度的TPEE比低硬度容易定型。

 

⑧顏色處理

 

盡量使用以 TPEE為載體的色母，如用色粉，請(qǐng)不要添加油類分散劑。一般添加量少的情況使用通用色母也沒(méi)有問(wèn)題。

 

⑨回收料的處理

 

回頭料可與新料混合使用，但加入量不應(yīng)超過(guò)25%，必須先再一次干燥后才可使用。

 

⑩助劑的選擇

 

TPEE在酸性介質(zhì)存在時(shí)，在高溫下會(huì)降解。因此，TPEE不能與酸性助劑配合。