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热塑性弹性体TPE是什么(专业知识大全)
热塑性弹性体(TPE)通常是弹性模数较低的弹性材料,在室温条件下可被反复拉伸至原来长度的两倍以上,并具有在应力消除后几乎完全恢复至其原来长度的能力。具有这种特性的早期材料是热固性橡胶,但许多可注射模塑的热塑性弹性体(TPE)系列正在取代传统的橡胶。除了以它们的基本形式使用之外,TPE还广泛地用于刚性热塑性塑料的改性,通常是用于改进抗冲击强度。对于板材和一般模塑级复合材料来说,这是相当普遍的。
热塑性弹性体TPE是一种具有橡胶的高弹性,高强度,高回弹性,又具有可注塑加工的特征,具有环保无毒安全,硬度范围广,有优良的着色性,触感柔软,耐候性,抗疲劳性和耐温性,加工性能优越,无须硫化,可以循环使用降低成本,既可以二次注塑成型,与PP、PE、PC、PS、ABS等基体材料包覆粘合,也可以单独成型。
热塑性弹性体既具有热塑性塑料的加工性能,又具有硫化橡胶的物理性能,可谓是塑料和橡胶优点的优势组合。热塑性弹性体正在大肆占领原本只属于硫化橡胶的领地。近十余年来,电子电器、通讯与汽车行业的快速发展带动了热塑性弹性体市的高速发展。
热塑性弹性体(TPE)具有硫化橡胶的物理机械性能和热塑性塑料的工艺加工性能。由于不需经过热硫化,使用通用的塑料加工设备即可完成产品生产。这一特点使橡胶工业生产流程缩短了1/4,节约能耗25%~40%,提高效率10倍~20倍,堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命。
TPE的种类
到1996年为止,六种主要的TPE可分为二大类:嵌段共聚物(苯乙烯类树脂、共聚多酯、聚氨酯和聚酰胺),以及热塑性弹性体掺混物及合金(热塑性聚烯烃和热塑性硫化橡胶)。
除这些TPE以外,还出现了两种新技术。它们是茂金属催化合成的聚烯烃塑性体与弹性体,以及反应成型的热塑性聚烯烃弹性体。
传统型TPE是所谓的两相体系。从本质上来说,由硬的热塑性塑料所组成的一相,以机械或化学的方式与软的弹性体所组成的另一相结合,所生成的TPE具有该两相结合的性质。
TPE的优点
1. 可用一般的热塑性塑料成型机加工,不需要特殊的加工设备。
2. 生产效率大幅提高。可直接用橡胶注塑机硫化,时间由原来的20min左右,缩短到1min以内;由于需要的硫化时间很短,因此已可用挤出机直接硫化,生产效率大幅提高。
3. 易于回收利用,降低成本。生产过程中产生的废料(逸出毛边、挤出废胶)和最终出现的废品,可以直接返回再利用;用过的TPE旧品可以简单再生之后回收利用,减少环境污染,扩大再生资源来源。
4. 节能。热塑性弹性体大多不需要硫化或硫化时间很短,可以有效节约能源。以高压软管生产能耗为例:橡胶为188MJ/kg,TPE为144MJ/kg,可节能达25%以上。
5. 应用领域更广。由于TPE兼具橡胶和塑料的优点,为橡胶工业开辟了新的应用领域。
6. 可用于塑料的增强、增韧改性。自补强性大,配方简化,配合剂对聚合物的影响制约小,质量性能更易掌握。但TPE的耐热性不如橡胶,随着温度上升而物性下降幅度较大,因而适用范围受到限制。同时,压缩变形、弹性回复、耐久性等同橡胶相比较差,价格上也往往高于同类橡胶。尽管如此,TPE的优点仍十分突出,各种新型的TPE产品也不断开发出来。作为一种节能环保的橡胶新型原料,发展前景十分看好。
传统的TPE系列
苯乙烯类树脂(S-TPE)
共聚多酯(COPE)
聚氨酯(TPU)
聚酰胺(PEBA)
聚烯烃掺混物(TPO)
聚烯烃合金(TPV)
TPE的新品种
反应成型的TPO (R-TPO)
聚烯烃塑性体(POP)
聚烯烃弹性体(POE)
这些新的聚烯烃塑性体(POP)和弹性体(POE),本质上是分子量非常低的线性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。作为聚合催化剂技术进步的产物,这些材料原先开发的目的是改进软包装薄膜的特性。近来,这些挠性较好的聚乙烯作为低成本的橡胶取代物,被用于某些对模塑制品的要求不怎么苛刻的用途。这主要包括那些不会接触极端的温度、压力、负载或应力环境的产品。在模塑制品方面,这些新材料被用于那些多多少少希望有一点挠性或触觉感的场合。注意,它们并非是真正的弹性体。
TPE的拉伸特性
拉伸特性
拉伸特性是用来说明弹性体被拉伸时将如何表现的测试值。有几种普遍采用的试验,可显示弹性体在最终用途环境里将会如何表现。
断裂抗拉强度
此测试值又称为极限抗拉强度。在此试验中,弹性体的试片被拉伸直至断裂。拉断此材料所需的力量也被同时测出。其单位通常是磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)。极限抗拉强度高的弹性体,与测试值较低的弹性体相比较不易拉断。
抗撕裂强度
此测试值说明弹性体抵抗撕裂的性能如何。抗撕裂强度试验与断裂抗拉强度试验基本相同,但试片一侧有一V形缺口以作为扩展点。所测试材料被拉伸至完全撕裂,撕裂此试片的力量也被同时记录。其单位通常是磅/英寸(psi)或千牛顿/米(kN/m)。
拉伸模数
在拉伸模数试验中,弹性体被拉伸至各种不同的长度,其抵抗拉伸的力量也被分别测出。此测试值通常表示为弹性体相应于其长度与原始长度的各种不同百分比时的抗拉强度,例如在50%、100%或300%时的抗拉强度。弹性体对拉伸的抵抗力在开始时可能会很强,但随着它的伸长而会变得较弱(称为“颈缩”)。
断裂伸长率
伸长率并非是衡量拉伸该材料是如何困难或如何容易,而只是衡量它在断裂前能被拉伸多长。断裂伸长率被表示为与其原始长度的百分比。某些软的弹性体在断裂前可被拉伸至其原始长度的1000%以上。软的TPE弹性体的伸长率通常比硬的刚性材料高的多。
影响测试值的因素
试片的成型方法及熔体流动方向均会影响其拉伸特性测试值。因此,对于许多弹性体,在流动方向和横断方向这两个方向的拉伸特性均要测量。
流动方向
如同弹性体的其它许多特性,拉伸特性会受到成型时聚合物分子取向的影响。因此,取决于拉伸是沿着聚合物成型时的流动方向进行,还是沿着横断方向进行,拉伸特性可能会有很大变化。
试片(挤压成型相对于注射模塑)
某些试验是用注射模塑的试片进行的,而另一些试验则是用挤压成型的试片进行的。由于不同类型的试片其测试值会有显著差别,所以很重要的一点是,只能对同类型试片的测试值进行比较。
TPE的压缩永久变形
压缩永久变形值是材料在一定温度下被压缩至一定形状,并维持一定时间后而发生永久性变形的量。
通常采用的ASTM测试方法(ASTM D395)要求使材料变形(压缩)达25%并保持一定的时间。任其复原30分钟后再测量此样品。
23 °C(室温)
22小时,70小时,168小时(1星期),1000小时(42天)。
70 °C
22小时,70小时,168小时(1星期),1000小时(42天)。
121 °C
22小时,70小时,168小时(1星期),1000小时(42天)。
150 °C
22小时,70小时,168小时(1星期),1000小时(42天)。
所得的测试值是材料样品未能恢复到它原有高度的百分比。例如,40%压缩永久变形表示,此热塑性弹性体只恢复了被压缩厚度的60%。100%压缩永久变形则表示此热塑性弹性体无丝毫恢复,也就是说,它保持了被压缩的状态。
往往压缩永久变形易与蠕变相混淆。然而,压缩永久变形是在某一恒定的应变条件下所发生变形的量,而蠕变则是在某一恒定应力条件下所发生变形的量。
TPE的适用温度
适用温度这个术语,是用来大致地定义某种材料适合使用的最高温度。
适用温度取决于许多因素,包括性能要求、接触时间长短、有无负荷存在,以及工件设计结构等。
某些常用的适用温度测量方法为维卡软化温度、热变形温度(HDT)、美国安全检测实验室(UL)方法、半抗拉强度以及其它专有方法,因所在行业而异。
要求较高适用温度的应用实例包括汽车、运输、液压软管以及矿井电缆等。不要求较高适用温度的应用实例则包括一般的室内用途,例如个人养护用品和厨房器皿上的手柄、电话筒连线以及玩具等。
TPE的应用
热塑性弹性体以其特异的性能及环保无毒的特性,逐渐取代近年来受到进出口限制的PVC、橡胶材料,得到了越来越广泛的应用:
(1)园林工具:手板锯、高枝剪、鍬、铲修枝剪、整篱剪、园林锯、园林剪刀、草耙、钢叉、修枝剪、花具、雪铲、小锄、修枝锯、草剪等手柄包胶。
(2)洁具:花洒头、喷枪、排污管、软管等。
(3)日常用品:手把类(刀具、梳子、剪刀、手提箱、牙刷柄等)、脚踏垫、冰格、餐桌垫、瓶盖内衬、背包底座及其他橡塑制品等。
(4)运动器材:手把(高尔夫球、各种球拍、脚踏车、滑雪器材、滑冰器材等)、潜水器材(蛙鞋、蛙镜、呼吸管、手电筒等)、刹车块、运动护垫等。
(5)工具材料:手工具(螺丝起子,榔头、锤子等手柄)。
(6)汽机车零件:汽车挡泥板、排挡罩、门窗封条、垫片、方向盘、防尘套、脚踏板、投射灯外壳、机车(脚踏车)手把等。
(7)文具用品:橡皮擦、笔套、垫片等。
(8)医疗器材:吸球、仪器手把、轮子、束带、容器、垫圈、防毒面罩、各种管件、瓶塞及相关医疗用品等。
(9)电线电缆:电缆线外壳、连接器、插头被覆等。
(10)轮子包胶:手推车轮子、医用脚轮、工业脚轮等
(11)资讯部件:游乐器方向盘、手把、鼠标被覆、衬垫、外壳被覆、光碟包装盒及其它软质防震零件等。

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