熱塑性聚酯彈性體TPEE簡介

 

熱塑性聚酯彈性體(TPEE)是一種嵌段共聚物，其中：含有高熔點、高硬度的結晶型聚酯硬段和玻璃化轉變溫度較低的非晶型聚醚或聚酯軟段，呈兩相締合結構，硬鏈段結晶起物理交聯作用，穩定制品尺寸，軟鏈段無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、強度、耐熱性及耐油性；而增加軟段比例可提高TPEE的彈性、低溫撓曲性，但是耐熱性、耐油性及機械強度變差。

 

TPEE同時具有橡膠的柔軟性、彈性，以及熱塑性塑料的剛性、易加工性，其邵氏硬度為28-82A，可通過調節軟硬段比例使TPEE的彈性和強度處于橡膠和塑料之間。它具有極高的拉伸強度。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載。TPEE低溫柔順性好，低溫缺口沖擊強度高，耐磨耗性與TPU相當。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的特點

 

TPEE具有橡膠的彈性和工程塑料的強度，與橡膠相比，它具有更好的加工性能和更長的使用壽命；與工程塑料相比，同樣具有強度高的特點，而柔韌性和動態力學性能更好。

 

·熱性能：TPEE具有優異的耐熱性能，硬度越高，耐熱性越好。

 

·耐化學介質性：TPEE具有極佳的耐油性，在室溫下能耐大多數極性液體化學介質(如酸、堿、胺二醇類化合物)，但對鹵代烴(氟里昂除外)及酚類的作用卻無能為力，其耐化學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，化學穩定性優良。

 

·可回收再利用：TPEE產品的綠色環保特性，在很多領域得到了應用。

 

通過開發新技術、新品種，TPEE的綜合性能也得到了提升，其在汽車、軌道、工業、電子和高分子材料改性劑等領域表現出很強的市場競爭力。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的合成及性能

 

不同鏈段結構對TPEE組成的均一性有影響，主要是對鏈段相容性的影響。

 

·當軟段聚醚相同時，硬段聚酯的相容性：PBT＞PET。

 

·當硬段聚酯相同時，軟段聚醚的相容性：PEG＞PTMG＞PTMG-PPG共聚醚＞PPG。

 

對于同一種聚酯或聚醚，相容性一般隨其相對分子質量增大而降低。軟硬段的相容性好，嵌段共縮聚較易進行，TPEE的相對分子質量高，物理化學性能也會達到一定水平。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度、韌性和回彈性，其拉伸模量和壓縮模量遠高于聚氨酯(TPU)。當應變為7%~25%時，TPEE的彈性是工程塑料的3~10倍，彎曲應力是天然橡膠的6~12倍。與車用橡膠相比，TPEE的抗撕裂強度高2~10倍，拉伸強度高2~6倍。

 

在低應變條件下，TPEE還具有非常好的耐疲勞性能，彈性恢復性較好，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。因為滯后損失少和高彈性，TPEE更適合在多次循環負載的條件下使用。故TPEE的低溫缺口沖擊強度優于TPU和增塑聚酰胺11。此外，TPEE還具有優良的耐磨耗性，與TPU相當。

 

TPEE的使用溫度范圍寬，在溫度降至-70℃時，TPEE仍然不會變脆，耐寒性非常好，-40℃的條件下能長期使用，其沖擊強度遠高于其他TPE；120℃以上，TPEE 的拉伸強度遠勝于TPU；150℃時，也能保持極好的力學性能；TPEE的短期使用溫度更高，可以適應汽車生產線上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極性液體，其耐化學藥品腐蝕的能力隨硬度的提高而提高。

 

TPEE具有優異的耐油性，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對大多數的有機溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗滲透性能較好。

 

TPEE具有優異的耐熱性能，硬度越高，耐熱性越好。TPEE在110～140℃連續加熱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，能適應汽車生產線上的烘漆溫度(150-160℃)，并且它在高低溫下力學性能損失小。TPEE在120℃以上使用，其拉伸強度遠遠高于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℃下長期使用。由于TPEE在高、低溫時表現出的均衡性能，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。其耐化學品的能力隨其硬度的提高而提高。

 

TPEE對大多數有機溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗滲透蝕能良好，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是一種具有優異綜合性能的工程彈性體，強度高，回彈性好，抗蠕變、沖擊和屈撓疲勞性及耐磨性能均很好。TPEE的力學性能與其組成有密切關系，隨著聚合物中硬段含量的增加，產品硬度、密度、熔點、軟化點、彎曲模量和拉伸強度提高，而拉斷伸長率和回彈性則相應降低。通過對軟硬段比例的調節，TPEE的硬度可在27-80(邵爾D)范圍內變化，其彈性和強度介于橡膠和塑料之間。與其他熱塑性彈性體(TPE)相比，在低應變條件下，TPEE模量比相同硬度的其他熱塑性彈性體高。當以模量為重要的設計條件時，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載。在室溫以上，TPEE彎曲模量很高，而低溫時又不像TPU那樣過于堅硬，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，低溫缺口沖擊強度優于其他TPE，耐磨耗性與TPU相當。在低應變條件下，TPEE 具有優異的耐疲勞性能，且滯后損失少，這一特點與高彈性相結合，使該材料成為多次循環負載使用條件下的理想材料，齒輪，膠輥、撓性聯軸節、皮帶均可采用。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE應用

 

①汽車行業：汽車安全氣囊蓋板及汽車進氣管；

 

②工業部件：傳動皮帶及消音齒輪；

 

③化工行業：設備管道閥件及高分子改性劑；

 

④電子電氣行業：耐高低溫電線護套；

 

⑤體育用品：溜冰鞋輪。

 

熱塑性聚酯彈性體TPEE的成型加工方法簡介

 

1、擠出成型

 

采用特定的單螺桿或雙螺桿擠出機，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。

 

3、吹塑成型

 

要求成型樹脂擁有較高的熔體黏度和熔融強度。

 

4、其它成型工藝

 

包括旋轉成型和熔融澆鑄工藝成型。

 

擠出成型時的十個注意事項：

 

①干燥

 

在成型前，無論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，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原料易導致加工困難，引起分子量變化及機械性能的下降，比如，擠出產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，引起擠出時的材料降解。加工時材料于生產前開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℃熱風干燥4小時 ；除濕干燥3小時。

 

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

 

②擠出成型設備要求

 

 

如上圖所示，一般單螺桿三段式押出機適合于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，淺的螺紋深度效果較佳，螺桿及料管的間隙約為0.1~0.2mm。

 

最佳的螺桿設計應避免激烈磨擦過熱而使得材料分解裂化，降低機械物性，因此螺桿轉速應依螺桿直徑而設定在30~50rpm范圍。

 

③擠出成型溫度設定

螺桿長徑比最好為24∶1，料筒溫度應比產品熔程高5～10℃。

 

④送料斗和進料口

 

單螺桿擠壓機上常用的高架的或是切線型的進料口就能滿足TPEE產品的加工要求。

 

建議用水冷卻進料口以防止樹脂在進入螺桿時溫度過高，這樣既能保障物料的運送, 同時還能保護動力軸承。

 

⑤擠出機的清洗

 

需要停機一段時間時，可使用PS或HDPE來清洗料管。模頭及接頭，須視使用情況，一段時間后清洗累積的焦化物。

 

⑥模頭設計

 

為使材料能有順暢的流動，并方便模頭的清洗，在模頭的設計上應避免死角。管件或異形押出須使用長形的模頭，除了降低剪切應力外，也會有較穩定的押出量，其長度為噴嘴直徑的2~4倍。

 

⑦冷卻與定形

 

TPEE的冷卻水槽設備，通常比一般熱塑性塑料長，長度依據材料規格，押出形狀，斷面和抽拉速度而定。由于TPEE的摩擦系數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有問題。

 

⑨回收料的處理

 

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

 

⑩助劑的選擇

 

TPEE在酸性介質存在時，在高溫下會降解。因此，TPEE不能與酸性助劑配合。