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什么是TPE




热塑性弹性体(TPE)亦称热塑性橡胶(Thermoplastic Rubber-TPR)是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性,在常温下显示橡胶的高弹性,高温下又能塑化成型的高分子材料。

热塑性弹性体具有多种可能的结构,最根本的一条是需要有至少两个互相分散的聚合物相,在正常使用温度下,一相为流体(使温度高于它的Tg─玻璃化温度),另一相为固体(使温度低于它的Tg或等于Tg),并且两相之间存在相互作用。即在常温下显示橡胶弹性,高温下又能塑化成型的高分子材料,具有类似于橡胶的力学性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收,它在塑料和橡胶之间架起了一座桥梁。

因此,热塑性弹性体可像塑料那样容易加工。就加工而言,它是一种塑料;就性质而言,它又是一种橡胶。热塑性弹性体有许多优于热固性橡胶的特点。

目前国内对热塑性苯乙烯--丁二烯嵌段共聚物称之为SBS;热塑性异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物称为SIS;饱和型SBS则称之为SEBS,就是苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。

其它各类热塑性弹性体均以生产厂家的商品名称称之。我国也采用SBS的代号,表示热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,习惯称为热塑性丁苯橡胶。

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TPE概述




热塑性弹性体(TPE)可概括为通用TPE和工程TPE两个类型,目前已发展出10大种类30多个品种。

目前,TPE以苯乙烯类(TPS)和乙烯类为中心,在世界各地已获得迅速发展。双烯类TPE和氯乙烯类TPE也成为通用TPE的重要品种。氨酯类TPU、酯类TPEE、胺类TPAE、有机氟类TPF等则转向以工程应用为主。TPE之所以受到业内广泛欢迎,主要是基于以下几个方面:
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20分钟左右,缩短到1分钟以内。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 易于
回收利用,降低成本。生产过程中所产生的废料(如逸出毛边、挤出废胶)和最终出现的废品,可以直接循环再用;用过的TPE旧品可经简单再生之后回收利用。

不过,TPE也有其不足之处。由于TPE的耐热性不如橡胶,随着温度上升而性能的下降幅度较大,因而适用范围受到限制。

同时,
压缩变形、弹性回复、耐久性等均逊于橡胶,价格上也往往高于同类型橡胶。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。




TPE的分类





种类

结构组成

制法

用途


硬链段

软链段



苯乙烯类TPE(TPS)

SBS

聚苯乙烯(PS)

BR

化学聚合

通用

SIS

聚苯乙烯(PS)

IR

化学聚合

通用

SEBS

聚苯乙烯(PS)

加氢BR

化学聚合

通用、工程

SEPS

聚苯乙烯(PS)

加氢IR

化学聚合

通用、工程


种类

结构组成

制法

用途


硬链段

软链段



烯烃类TPE

TPO

聚丙烯(PP)

EPDM

机械共混

通用

TPV-PP/EPDM

聚丙烯(PP)

EPDM+硫化剂

机械共混

通用

TPV-PP/NBR

聚丙烯(PP)

NBR+硫化剂

机械共混

通用

TPV-PP/NR

聚丙烯(PP)

NR+硫化剂

机械共混

通用

TPV-PP/IIR

聚丙烯(PP)

IIR+硫化剂

机械共混

通用


种类

结构组成

制法

用途

双烯类TPE

TPB(1,2-IR)

聚1,2-丁二烯

化学聚合

通用

TPI(反式1,4-IR)

聚反式1,4-异戊二烯

化学聚合

通用

T-NR(反式1,4-NR)

聚反式1,4-异戊二烯

天然聚合

通用

TP-NR(改性顺式1,4-NR)

聚顺式1,4异戊二烯改性物

接枝聚合

通用


种类

结构组成

制法

用途

氯乙烯类TPE

TPVC(HPVC)

结晶聚氯乙烯(PVC)

非结晶PVC

聚合或共混

通用

TPVC(PVC、NBR)

聚氯乙烯(PVC)

NBR

机械共混

通用

TCPE

结晶氯化聚乙烯(CPE)

非结晶CPE

聚合或共混

通用


种类

结构组成

制法

用途

结晶聚乙烯(PE)

Q橡胶

机械共混

通用、工程

聚苯乙烯

聚二甲基硅氧烷

嵌段共聚

通用、工程

聚双酚A碳酸酯

聚二甲基硅氧烷

嵌段共聚

工程

聚芳酯

聚二甲基硅氧烷

嵌段共聚

工程

聚砜

聚二甲基硅氧烷

嵌段共聚

工程


种类

结构组成

制法

用途

乙烯类TPE

EVA型TPE

结晶聚乙烯(PE)

乙酸乙烯酯

嵌段共聚

通用

EEA型TPE

结晶聚乙烯(PE)

丙烯酸乙酯

嵌段共聚

通用

离子键型TPE

乙烯-甲基丙烯酸离聚体

离子聚合

工程

熔融加工型TPE

乙烯互聚物

氯化聚烯烃

熔融共混

通用





TPE的注塑加工





1
螺杆转速(rpm)、背压和螺杆的延迟时间
螺杆的转速应该设定得使螺杆能及时地完全缩回,通常是在开模前2-3秒,以便进行下一次注射。典型的螺杆速度范围为每分钟50-150转

如果螺杆缩回得太快,而且机器设有螺杆延迟定时器,则应设定延迟时间使得螺杆完全缩回和开模之后的延迟时间为最小。这将缩短物料在该温度下的停留时间以及在机膛内的静止时间。

增加背压会增加物料的剪切加热现象。背压的正常设定范围是50-150 psi。当混合色母料时,应采用较高的背压以达到最佳的分散状态。

2
注射速度
如果可能,应如此设定注射速度的控制程序:先迅速地充填流道系统,然后在物料经过浇口开始流入模腔之后降低速度。维持这一速度直到工件的90%被充满,然后再进一步降低速度以完全充满模腔但又不发生工件的溢料。

3
注射和过渡压力
如果机器不能通过充填速度来控制,则应设定注射压力使得足以在约1到 5秒钟的时间内充满流道系统和模腔。将最初的过渡压力调整到约为充满工件模腔所需注射压力的50%。这将有助于将注塑期间充填和保压阶段的压力降低到最低限度。当设定注射量时,应监视缓冲量的情况,确保它在充填和保压阶段能得以维持。

4
从增压到充填再到保压的过渡
较新的模塑设备为从注射增压( 注射的第一阶段)到充填和保压阶段的过渡提供了额外的选择。从增压到充填阶段的过渡最精确的方法是根据螺杆的位置来控制。根据螺杆的位置使得加工者能始终一致地将一定体积的物料注入模腔。它也为工件的充填和致密化提供了精确的控制,有助于防止工件的塌陷和空穴。

时间是控制过渡的另一办法但不推荐采用。使用模腔压力来控制过渡是代价高昂的办法,因为它涉及在工件模腔内安装压力传感器。当要求达到高精度的模塑公差时,才采用这一过程。

降低从增压到充填和保压阶段之间的过渡压力,将有助于控制在衬套顶端处发生滴料。如果注射设备设有充填和保压阶段的压力控制程序,则可用以降低通往流道的速度和压力。

5
注射时间
充满流道系统最佳的时间约为0.5-1.5秒。充满模腔应再花1-5秒时间。如果可能,最好通过控制注射速度来控制充填时间。

6
保压时间
应该设定浇口凝固前的保压时间。通常,浇口的大小对保压时间是一个决定性因素。浇口越大,浇口凝固前的保压时间则越长。

7
冷却时间
冷却时间主要取决于熔体温度、工件的壁厚和冷却效率。此外,物料的硬度也是一个因素。与很软的品种(肖氏硬度<20A)比较,较硬的品种(肖氏硬度>50A)在模具内将较快地凝固。

对于一个中等硬度SEBS复合材料的典型工件,如果从两侧进行冷却,那么每0.100"壁厚所需的冷却时间将是大约15到20秒

重叠模塑的工件将需要较长的冷却时间,因为它们可以通过较小的表面积而有效地冷却。每0.100"壁厚所需的冷却时间将是大约35到40秒


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