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環保材料TPE與同類材料的技術參數對比 - 無圖版

j012805 --- 2010-06-02 09:57:29

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熱塑性彈性體(TPE)通常是彈性模數較低的彈性材料,在室溫條件下可被反復拉伸至原來長度的兩倍以上,并具有在應力消除后幾乎完全恢復至其原來長度的能力。具有這種特性的早期材料是熱固性橡膠,但許多可注射模塑的熱塑性彈性體(TPE)系列正在取代傳統的橡膠。除了以它們的基本形式使用之外,TPE還廣泛地用于剛性熱塑性塑料的改性,通常是用于改進抗沖擊強度。對于板材和一般模塑級復合材料來說,這是相當普遍的。

熱塑性彈性體TPE是一種具有橡膠的高彈性,高強度,高回彈性,又具有可注塑加工的特征,具有環保無毒安全,硬度范圍廣,有優良的著色性,觸感柔軟,耐候性,抗疲勞性和耐溫性,加工性能優越,無須硫化,可以循環使用降低成本,既可以二次注塑成型,與PP、PE、PC、PS、ABS等基體材料包覆粘合,也可以單獨成型。

熱塑性彈性體既具有熱塑性塑料的加工性能,又具有硫化橡膠的物理性能,可謂是塑料和橡膠優點的優勢組合。熱塑性彈性體正在大肆占領原本只屬于硫化橡膠的領地。近十余年來,電子電器、通訊與汽車行業的快速發展帶動了熱塑性彈性體市的高速發展。

熱塑性彈性體(TPE)具有硫化橡膠的物理機械性能和熱塑性塑料的工藝加工性能。由于不需經過熱硫化,使用通用的塑料加工設備即可完成產品生產。這一特點使橡膠工業生產流程縮短了1/4,節約能耗25%~40%,提高效率10倍~20倍,堪稱橡膠工業又一次材料和工藝技術革命。

TPE的種類

到1996年為止,六種主要的TPE可分為二大類:嵌段共聚物(苯乙烯類樹脂、共聚多酯、聚氨酯和聚酰胺),以及熱塑性彈性體摻混物及合金(熱塑性聚烯烴和熱塑性硫化橡膠)。

除這些TPE以外,還出現了兩種新技術。它們是茂金屬催化合成的聚烯烴塑性體與彈性體,以及反應成型的熱塑性聚烯烴彈性體。

傳統型TPE是所謂的兩相體系。從本質上來說,由硬的熱塑性塑料所組成的一相,以機械或化學的方式與軟的彈性體所組成的另一相結合,所生成的TPE具有該兩相結合的性質。

TPE的優點

1. 可用一般的熱塑性塑料成型機加工,不需要特殊的加工設備。

2. 生產效率大幅提高。可直接用橡膠注塑機硫化,時間由原來的20min左右,縮短到1min以內;由于需要的硫化時間很短,因此已可用擠出機直接硫化,生產效率大幅提高。

3. 易于回收利用,降低成本。生產過程中產生的廢料(逸出毛邊、擠出廢膠)和最終出現的廢品,可以直接返回再利用;用過的TPE舊品可以簡單再生之后回收利用,減少環境污染,擴大再生資源來源。

4. 節能。熱塑性彈性體大多不需要硫化或硫化時間很短,可以有效節約能源。以高壓軟管生產能耗為例:橡膠為188MJ/kg,TPE為144MJ/kg,可節能達25%以上。

5. 應用領域更廣。由于TPE兼具橡膠和塑料的優點,為橡膠工業開辟了新的應用領域。

6. 可用于塑料的增強、增韌改性。自補強性大,配方簡化,配合劑對聚合物的影響制約小,質量性能更易掌握。但TPE的耐熱性不如橡膠,隨著溫度上升而物性下降幅度較大,因而適用范圍受到限制。同時,壓縮變形、彈性回復、耐久性等同橡膠相比較差,價格上也往往高于同類橡膠。盡管如此,TPE的優點仍十分突出,各種新型的TPE產品也不斷開發出來。作為一種節能環保的橡膠新型原料,發展前景十分看好。

傳統的TPE系列

苯乙烯類樹脂(S-TPE)

共聚多酯(COPE)

聚氨酯(TPU)

聚酰胺(PEBA)

聚烯烴摻混物(TPO)

聚烯烴合金(TPV)

TPE的新品種

反應成型的TPO (R-TPO)

聚烯烴塑性體(POP)

聚烯烴彈性體(POE)

這些新的聚烯烴塑性體(POP)和彈性體(POE),本質上是分子量非常低的線性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。作為聚合催化劑技術進步的產物,這些材料原先開發的目的是改進軟包裝薄膜的特性。近來,這些撓性較好的聚乙烯作為低成本的橡膠取代物,被用于某些對模塑制品的要求不怎么苛刻的用途。這主要包括那些不會接觸極端的溫度、壓力、負載或應力環境的產品。在模塑制品方面,這些新材料被用于那些多多少少希望有一點撓性或觸覺感的場合。注意,它們并非是真正的彈性體。



j012805 --- 2010-06-02 09:59:14

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TPE的拉伸特性

拉伸特性

拉伸特性是用來說明彈性體被拉伸時將如何表現的測試值。有幾種普遍采用的試驗,可顯示彈性體在最終用途環境里將會如何表現。

斷裂抗拉強度

此測試值又稱為極限抗拉強度。在此試驗中,彈性體的試片被拉伸直至斷裂。拉斷此材料所需的力量也被同時測出。其單位通常是磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)。極限抗拉強度高的彈性體,與測試值較低的彈性體相比較不易拉斷。

抗撕裂強度

此測試值說明彈性體抵抗撕裂的性能如何。抗撕裂強度試驗與斷裂抗拉強度試驗基本相同,但試片一側有一V形缺口以作為擴展點。所測試材料被拉伸至完全撕裂,撕裂此試片的力量也被同時記錄。其單位通常是磅/英寸(psi)或千牛頓/米(kN/m)。

拉伸模數

在拉伸模數試驗中,彈性體被拉伸至各種不同的長度,其抵抗拉伸的力量也被分別測出。此測試值通常表示為彈性體相應于其長度與原始長度的各種不同百分比時的抗拉強度,例如在50%、100%或300%時的抗拉強度。彈性體對拉伸的抵抗力在開始時可能會很強,但隨著它的伸長而會變得較弱(稱為“頸縮”)。

斷裂伸長率

伸長率并非是衡量拉伸該材料是如何困難或如何容易,而只是衡量它在斷裂前能被拉伸多長。斷裂伸長率被表示為與其原始長度的百分比。某些軟的彈性體在斷裂前可被拉伸至其原始長度的1000%以上。軟的TPE彈性體的伸長率通常比硬的剛性材料高的多。

影響測試值的因素

試片的成型方法及熔體流動方向均會影響其拉伸特性測試值。因此,對于許多彈性體,在流動方向和橫斷方向這兩個方向的拉伸特性均要測量。

流動方向

如同彈性體的其它許多特性,拉伸特性會受到成型時聚合物分子取向的影響。因此,取決于拉伸是沿著聚合物成型時的流動方向進行,還是沿著橫斷方向進行,拉伸特性可能會有很大變化。

試片(擠壓成型相對于注射模塑)

某些試驗是用注射模塑的試片進行的,而另一些試驗則是用擠壓成型的試片進行的。由于不同類型的試片其測試值會有顯著差別,所以很重要的一點是,只能對同類型試片的測試值進行比較。

TPE的壓縮永久變形

壓縮永久變形值是材料在一定溫度下被壓縮至一定形狀,并維持一定時間后而發生永久性變形的量。

通常采用的ASTM測試方法(ASTM D395)要求使材料變形(壓縮)達25%并保持一定的時間。任其復原30分鐘后再測量此樣品。

23 °C(室溫)

22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。

70 °C

22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。

121 °C

22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。

150 °C

22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。

所得的測試值是材料樣品未能恢復到它原有高度的百分比。例如,40%壓縮永久變形表示,此熱塑性彈性體只恢復了被壓縮厚度的60%。100%壓縮永久變形則表示此熱塑性彈性體無絲毫恢復,也就是說,它保持了被壓縮的狀態。

往往壓縮永久變形易與蠕變相混淆。然而,壓縮永久變形是在某一恒定的應變條件下所發生變形的量,而蠕變則是在某一恒定應力條件下所發生變形的量。

TPE的適用溫度

適用溫度這個術語,是用來大致地定義某種材料適合使用的最高溫度。

適用溫度取決于許多因素,包括性能要求、接觸時間長短、有無負荷存在,以及工件設計結構等。

某些常用的適用溫度測量方法為維卡軟化溫度、熱變形溫度(HDT)、美國安全檢測實驗室(UL)方法、半抗拉強度以及其它專有方法,因所在行業而異。

要求較高適用溫度的應用實例包括汽車、運輸、液壓軟管以及礦井電纜等。不要求較高適用溫度的應用實例則包括一般的室內用途,例如個人養護用品和廚房器皿上的手柄、電話筒連線以及玩具等。

TPE的應用

熱塑性彈性體以其特異的性能及環保無毒的特性,逐漸取代近年來受到進出口限制的PVC、橡膠材料,得到了越來越廣泛的應用:

(1)園林工具:手板鋸、高枝剪、鍬、鏟修枝剪、整籬剪、園林鋸、園林剪刀、草耙、鋼叉、修枝剪、花具、雪鏟、小鋤、修枝鋸、草剪等手柄包膠。

(2)潔具:花灑頭、噴槍、排污管、軟管等。

(3)日常用品:手把類(刀具、梳子、剪刀、手提箱、牙刷柄等)、腳踏墊、冰格、餐桌墊、瓶蓋內襯、背包底座及其他橡塑制品等。

(4)運動器材:手把(高爾夫球、各種球拍、腳踏車、滑雪器材、滑冰器材等)、潛水器材(蛙鞋、蛙鏡、呼吸管、手電筒等)、剎車塊、運動護墊等。

(5)工具材料:手工具(螺絲起子,榔頭、錘子等手柄)。

(6)汽機車零件:汽車擋泥板、排擋罩、門窗封條、墊片、方向盤、防塵套、腳踏板、投射燈外殼、機車(腳踏車)手把等。

(7)文具用品:橡皮擦、筆套、墊片等。

(8)醫療器材:吸球、儀器手把、輪子、束帶、容器、墊圈、防毒面罩、各種管件、瓶塞及相關醫療用品等。

(9)電線電纜:電纜線外殼、連接器、插頭被覆等。

(10)輪子包膠:手推車輪子、醫用腳輪、工業腳輪等

(11)資訊部件:游樂器方向盤、手把、鼠標被覆、襯墊、外殼被覆、光碟包裝盒及其它軟質防震

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