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热塑性聚酯弹性体(TPEE)的理化特性、工艺与应用

嘉峪检测网        2024-11-22 08:45

热塑性聚酯弹性体(TPC-ET)又称聚酯橡胶(或TPEE),是一类含有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段和脂肪族聚酯或聚醚软段的线型嵌段共聚物,兼具橡胶优良的弹性和热塑性塑料的易加工性,软硬度可调,设计自由,是热塑性弹性体中倍受关注的新品种。

 

一、反应原理

 

TPEE主要由对苯二甲酸、BDO、PTMGE通过酯交换反应,缩聚反应制备。其反应方程式如下:

式中:HOOC-R''-COOH 为对苯二甲酸;HO-R'-OH为1,4-丁二醇、PTMEG等。

 

二、性能特点

 

TPEE属于高性能工程级弹性体,具有机械强度高、弹性好、抗冲击、耐蠕变、耐寒、耐弯曲疲劳性、耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀等优点,具有良好的加工性,并可填充、增强及合金化改性,在汽车零部件、液压软管、电缆电线、电子电器、工业制品、文体用品、生物材料等领域得到了广泛的应用。

 

1、力学性能

通过对软硬段比例的调节,TPEE的硬度可以从邵氏D32到D80变化,其弹性和强度介于橡胶和塑料之间。与其他热塑性弹性体(TPE)相比,在低应变条件下,TPEE模量比相同硬度的其他TPE高。

 

当以模量为重要的设计条件时,用TPEE可缩小制品的横截面积,减少材料用量。

 

2、拉伸强度

与聚氨酯弹性体(TPU)相比,TPEE压缩模量与拉伸模量要高得多,用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件,前者可以承受更大的负载。在室温以上,TPEE弯曲模量很高,适宜制作悬臂梁或扭矩型部件,特别适合制作高温部件。

 

TPEE低温柔顺性好,低温缺口冲击强度优于其他TPE,耐磨耗性与TPU相当。TPEE具有优异的耐疲劳性能,与高弹性特点相结合,使该材料成为多次循环负载使用条件下的理想材料,适宜制作齿轮、胶辊、挠性联轴节、皮带等。

 

3、耐热性能

TPEE具有优异的耐热性能,硬度越高,耐热性越好。TPEE的使用温度非常高,能适应汽车生产线上的烘漆温度(150-160℃),并且它在高温下机械性能损失小。在120℃以上使用,TPEE拉伸强度远远高于TPU。

 

此外,TPEE还具有出色的耐低温性能。TPEE脆点低于-70℃,并且硬度越低,耐寒性越好,大部分TPEE可在-40℃下长期使用。由于在高、低温时表现出的均衡性能,TPEE的工作温度范围非常宽,可在-70-200℃使用。

 

4、耐化学介质性

TPEE具有极好的耐油性,在室温下能耐大多数极性液体化学介质(如酸、碱、胺及二醇类化合物),其耐化学品的能力随其硬度的提高而提高。

 

TPEE对大多数有机溶剂、燃料及气体的抗溶胀性能和抗渗透性能较好,对燃油渗透性仅为氯丁胶、氯磺化聚乙烯、丁腈胶等耐油橡胶的1/3-1/300。 

 

5、耐候性、耐老化性

TPEE在水雾、臭氧、室外大气等各种外界条件下,化学稳定性优良。大多数热塑性弹性体(TPE)一样,在紫外光作用下会发生降解(310nm以下的紫外光是降解的一个主要因素);

 

因此对于室外应用或制品受阳光照射的条件,配方中应添加紫外光防护助剂,其中包括炭黑和各种颜料或其他屏蔽材料,酚类防老剂和苯并三唑型紫外光屏蔽剂并用,能够有效地起到防紫外光老化。

 

6、高回弹性

将TPEE材料应用到弹簧中,可使弹簧具有很长的使用寿命,能够帮助火车很平稳地启动、加速、减速以及停止等。和金属弹簧所不同的是,它不会生锈、也不会在自然环境条件下发生恶化、或者造成弹性破裂和损失等。而与橡胶材料相比,具有更大的重复使用性,还能保持很好的弹性。

 

7、加工成型性

TPEE具有优良的熔融稳定性和充分的热塑性,故而具有良好的加工性,可采用各种热塑性加工工艺进行加工,如挤出、注射、吹塑、旋转模塑及熔融浇铸成型等。

 

在低剪切速率下,TPEE熔体粘度对剪切速率不敏感,而在高剪切速率下,熔体粘度随剪切速率升高而下降。由于TPEE熔体对温度十分敏感,在10℃变化范围内,其熔融粘度变化几倍至几十倍,因此成型时应严格控制温度。

 

三、成型加工方法

 

1、挤出成型

采用特定的单螺杆或双螺杆挤出机,可将TPEE挤出成型为片材、管材、棒材、纤维、薄膜等形式。

 

2、注射成型

用注射成型方式可以将TPEE加工成各种形状和尺寸的制品,因需要一定的塑化和熔融,TPEE更适用于螺杆式的挤出机。

 

3.吹塑成型

要求成型树脂拥有较高的熔体黏度和熔融强度。

 

4.其它成型工艺

包括旋转成型和熔融浇铸工艺成型

 

四、改性和共混混

 

TPEE具有良好的柔韧性,熔体稳定性高,熔体粘度低,可用于提高塑料高低温冲击强度(韧性),柔顺性和共混体系兼容性,提供一定弹性。TPEE主要用于改性POM、PBT、PET等,与PVC共混、与PP、聚缩醛和CO-烯烃交替共聚物共混,与其它弹性体共混等。

 

1、改性POM

要求:兼容性好,熔点接近,改性后能满足要求。

优点:加入3-5%,即可得到良好的韧性,TPEE可用于做高要求聚甲醛。TPEE和聚甲醛有良好的兼容性,熔点接近,容易加工。改性聚甲醛具有良好的韧性。可用于制作消音齿轮,汽车零件等。

2、改性PBT/PET/PA

要求:兼容性好,熔点接近,改性后能满足要求。

优点:加入3-5%,即可得到良好的韧性,TPEE可用于做高要求改性。TPEE与PBT/PET/PA有良好的兼容性,熔点接近,容易加工。改性后的产品用于高要求场所。在TPEE和聚酯的共混物中加入扩链剂,效果会更好,或用聚碳代替部分聚酯。

3、与PVC共混

要求:改善室温和低温柔顺性,提高抗曲挠性能。

优点:TPEE与PVC兼容性好,加入TPEE后,明显改善了PVC的低温柔顺性,显著提高了其耐曲挠能力,降低了脆化点;提高了耐磨性、抗张强度、伸长率、硬度及撕裂强度。TPEE含量上升,则脆化温度和高温下热变形随之而降低,力学性能如模量、扯断伸长率、硬度、耐磨、撕裂强度、拉伸强度、动态模量和冲击强度等都随之上升。当TPEE含量为75%时,TPEE分散在PVC连续相中;TPEE含量为85%时,共混物的形态为两相连续,有两个结晶相,一个玻璃化转变温度。

 

五、产品应用

 

1、天线

其优异的耐外部环境,耐臭氧,耐紫外线,耐侯性,可以减少信号接收损失,广泛应用于汽车天线和手机天线。

 

2、发动机进气管

TPEE在这一零部件的生产中得到广泛应用。吹塑成型可以减少部件的数量和安装的流程,从而使部件成本小于传统橡胶方案。

 

3、传动轴防尘罩

TPEE较氯丁橡胶在防尘罩的应用具有重量轻、耐候性佳、可回收等优点。

 

4、安全气囊壳体

可以达到以下要求:从-35℃到85℃所需要的刚性,在打开时没有爆裂和碎片在打开时,能保证系统固定在原位壳体能承受前端的撞击,15年使用寿命,可以喷涂,且不影响功能。

 

5、汽车燃料蒸汽管

优异的耐化学性能和低燃料渗透性。

 

6、液压管

TPEE主要用于增强管内层,其优异的耐油性使其具有近6年的使用寿命,同时在60-80℃的工作环境下,可以轻易达到SAE 100R7标准。

 

7、充气管

TPEE优异的耐压性能、极佳的蠕变性能及螺旋回弹性也好于PA11和TPU。

 

8、气制动管

卡车通过气制动管来进行制动,TPEE制成的气制动管符合ISO 7628标准。

 

9、堵盖、密封盖

具有出色的耐化学性和耐侯性,使其用于密封汽车结构件以防止腐蚀,比其他的弹性体有更加优秀性能及更长的使用寿命。

 

10、齿轮消音齿轮

用于电子器件和玩具的齿轮。比如CD/DVD的滑轨部分、便携摄像机的内部件。具有良好的形状稳定性,耐磨性和低噪音等性能。

 

11、电子器件和光缆挤出系列产品

具有良好的耐热性,弹性,蠕变性能和绝缘性能。应用在电缆,机械手,通讯设备等方面。

 

12、其他

 

 

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