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热塑性塑料与热塑性弹性体

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:热塑性聚合物的分子链有线性的或支链的结构。用平均相对分子质量来表征和测定热塑性聚合物分子链的长度。其热变形温度在1.82MPa载荷下为102℃,物理性能与PE相近,成型收缩率大,熔体流动性好,有突出的抗疲劳性能。聚丙烯是最有活力、产能产量和消费需求增长最快的热塑性塑料。

热塑性塑料与热塑性弹性体

1.热塑性塑料

热塑性塑料是指在特定的温度范围内,能反复加热软化和冷却硬化的材料。这类塑料基本是以聚合反应得到的高聚物为主配制的。聚合物由长分子链组成。热塑性聚合物的分子链有线性的或支链的结构。用平均相对分子质量来表征和测定热塑性聚合物分子链的长度。平均相对分子质量越大,固态聚合物的力学强度越好,黏流态聚合物的黏度也越高。

根据冷却期间聚合物的分子结构形态,热塑性聚合物可分成两大组群:一类是具有无定形结构的聚合物;另一类是具有结晶结构的聚合物。无定形结构塑料中的微观分子以缠结的连接形式保持着紊乱状态。结晶结构塑料中,分子链沿着已生成的晶核有序地折叠着,但其周围是无定形结构。结晶度是结晶型塑料用来说明结晶态结构的百分率。结晶结构的分子比无定形结构的分子聚集有序且密集,因此结晶型塑料的冷却成型收缩率比无定形塑料的大。同一种结晶型塑料,由于冷却过程的温度条件不同,晶核生成和晶体生长受时间制约,会有不同的结晶度。结晶度较高的塑料收缩率较大,刚性和拉伸强度有些提高,但冲击强度有所下降。

(1)聚乙烯(PE) PE是乙烯聚合的结晶型塑料。熔体的流动性能好。

低密度聚乙烯LDPE,用高压法生产,结晶度较低(为45%~65%),热变形温度在1.82MPa载荷下为50℃,柔软性、断裂伸长率、冲击强度和透明性较好,适用于吹塑薄膜和挤出线缆绝缘层。

高密度聚乙烯HDPE,用低压法生产,有85%~95%的结晶度,热变形温度在1.82MPa载荷下为78℃,具有较高的力学强度和使用温度,适宜中空吹塑、注射和挤出各种瓶、盆、桶、片材、管材和异形材。注塑级HDPE的熔体流动速率为5~20g/10min,注塑温度为180~250℃,模具温度为180~250℃。

瓶、筒和罐的HDPE密封盖因为强力打开而撕裂,主要是由于材料强度不足和盖子太薄。HDPE桶上不能直接模塑金属手柄嵌件。金属柄周围的塑料会因负载应力过大而断裂脱开。贮存洗涤液的PE容器会引发环境应力裂纹。管装洗头膏的PE螺纹帽盖,生成环境应力裂纹后,在紧固力的触发下很容易断裂。用短玻璃纤维增强的PE塑件,在污染环境下且有振动负载时,连接紧固部位较容易出现裂缝。

PE和聚丙烯(PP)在受热和光照下会发生氧降解,致使塑料件脆化,损失弯曲和拉伸强度。家用的塑料装饰植物在摆放15年后,会见到叶片从枝梗上脱落,叶根的装配接头断裂,枝杈上插装叶片的套管开裂,这是由于PE脆化断裂所致。添加抗氧化剂能改善此种老化现象。

(2)聚丙烯(PP) PP是密度小而耐热性较好的结晶型聚合物。其热变形温度在1.82MPa载荷下为102℃,物理性能与PE相近,成型收缩率大,熔体流动性好,有突出的抗疲劳性能。聚丙烯是最有活力、产能产量和消费需求增长最快的热塑性塑料。

聚丙烯的结晶能力较强,120~130℃时具有最高的结晶速率。提高模具温度将有助于注塑件的结晶度增加。采用较高的模具温度(60~90℃),不仅有利于结晶,也有利于分子链的松弛,减轻制品的取向,并降低残余应力。但是由于冷却时间延长,影响了注塑生产率,因此只有在成型长流程和复杂制件,或充模流动不佳时才采用高模温具。一般情况下,多维持30~50℃的模具温度。倘若模具温度过低,注塑件冷却太快,浇口冻结过早,会使得制品的密度小,结晶度低,制品质量变差。聚丙烯注射模中采用针点式浇口时,成型制件的收缩率较大,因此多采用有中等截面的矩形浇口以保证充分注射和补缩,降低制品的收缩。

注塑级聚丙烯的品种根据聚合类型,可分为均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯和抗冲共聚聚丙烯。其中,均聚聚丙烯的刚性和耐热性都较高,低温冲击性差;无规共聚聚丙烯熔点低,透明性好,韧性比均聚聚丙烯有所改善;抗冲共聚聚丙烯的综合性能优良,有较好的低温抗冲击性能,现已广泛应用于汽车零配件和家用电器的注塑件。

汽车工业的发展促使聚丙烯发展出了众多的品种,如具有高流动、高抗冲、高结晶、低收缩率和低气味等特性的聚丙烯。其中,高流动抗冲共聚聚丙烯适用于大型薄壁壳体的注射生产,注射时可降低加工温度和压力;高抗冲共聚聚丙烯用于汽车保险杠等多种注塑件,是橡胶增韧和无机粉剂填充的塑料;高结晶抗冲共聚聚丙烯强度高,热变形温度和固化温度高;低收缩率聚丙烯的横向收缩率为0.81%,纵向收缩率为0.79%,横纵向收缩比为1.03,不但有较低的成型收缩率,而且各向同性,可以替代ABS注射尺寸精度较高的制品。经玻璃纤维增强和无机粉剂填充的PP品种也被大量使用,它们都比注塑级PP有较小的成型收缩率,但短玻璃纤维增强PP塑料的各向异性很明显。

PP不像PE那样因环境应力开裂而失效,但它耐老化能力比PE差,在氧化和降解中分子链上失去氢原子,伴有主链断裂,导致力学性能下降,如卷发筒在吹风干燥头发时被氧化,使用寿命较短。另外,PP的低温冲击强度低。它的玻璃态转化温度Tg为-20℃左右,但在此温度早已脆化。PP制造的壳体等结构件,在经受过0℃以下的冷冻后,就要注意可能会出现的破裂现象,因此需经复合或共混改性方法加以改善。其次,使用着色剂会影响PP塑件的收缩率,如用酞菁颜料,着色剂如同成核剂那样会影响结晶度。

(3)聚氯乙烯(PVC) 根据成型加工和使用的性能要求,PVC树脂中加入各种添加剂后可制成各种性能的塑料制品,添加增塑剂可以降低熔融温度和熔体黏度,添加不同比例的增塑剂可获得不用软硬程度的PVC制品,加入稳定剂可使PVC在成型过程和使用中不易老化,加入润滑剂则在加工中可减少摩擦热并使制品表面光滑。

结晶型PVC树脂为白色或淡黄色粉末。供给注射加工的PVC粒子具有无定形聚合物特征。注塑级的硬PVC成型收缩率较小(0.07%~0.4%)。其熔体的热稳定性差,最高注射温度为195℃,成型温度的范围小,机筒温度为170~190℃,喷嘴温度高于机筒温度10℃,模具温度为35~40℃。PVC对模具有腐蚀作用,因此模具的成型零件表面要镀铬处理或用不锈钢制造成型零件。

软PVC被用来吹塑薄膜、压延片材和挤出线缆护套。硬PVC被用来挤出各种棒材、管材、板材、型材和门窗异型材。注射级硬PVC的熔体流动性较差,用于注塑成型管接头和较小的结构件。注塑和挤出时的加热塑化温度对成型制品的断裂性能有影响,特别是在受到高速冲击时,硬PVC的冲击强度较低。硬PVC管道和阀类塑料件突然受到液压冲击时容易开裂。改性可以提高硬PVC的冲击强度,但同时也降低了制品的刚度。在80℃以上的过热的环境中,硬PVC制品会变形软化,刚性降低,弹性提高。

(4)聚苯乙烯(PS) PS是无色透明塑料,透光率仅次于聚甲基丙烯酸甲酯PMMA,着色性、耐水性和化学稳定性良好。PS的电绝缘性能优良,但不耐苯和汽油等有机溶剂。PS是无定形聚合物,固态密度为1.05g/cm3,熔融态密度为0.98~0.93g/cm3,熔体流动性好且不易分解,有良好注射工艺性,可在120~180℃较宽的温度范围内注射流动,分解温度在300℃以上,但力学性能一般,抗冲击性能差。聚苯乙烯塑料制品在坠落和冲击时容易断裂,构件不能承受动态的弯曲载荷。模压和蒸汽加热成型生产的发泡PS广泛用作包装和保温制品。

聚苯乙烯塑料本身的吸水率很小,成型一般制件可以不予干燥,但对外观质量要求较高的注塑件需在成型前进行干燥处理,在70~80℃温度下干燥2~4h。

聚苯乙烯熔料的黏度对剪切速率和温度都比较敏感,在注射成型中无论是增大注射速率和注射压力,还是升高机筒温度都会使黏度下降明显。把物料温度加热到190~215℃,有利于熔体流畅充模。但料温过高会使聚合物过热分解,使制件上出现花斑、银纹、发白、泛黄和气泡。这对透明的聚苯乙烯制品是严重的缺陷。

聚苯乙烯的分子链刚硬,成型中容易产生分子取向和残余应力,甚至在制件中生成银纹和开裂。聚苯乙烯注塑件的冷却速度不宜过快,模具温度为40~45℃,而且聚苯乙烯不宜带有金属嵌件,嵌件周边塑料容易开裂。聚苯乙烯制件的浇口附近区域内应力集中,容易产生各种缺陷,故在设计注射模时,要注意优化浇口位置和类型。

聚苯乙烯塑料的成型收缩率为0.3%~0.7%。聚苯乙烯制件的弹性小,硬度高,脱模困难。为使制件顺利脱模,模具的型芯取较大的斜度1°~2°。

(5)抗冲聚苯乙烯(HIPS) HIPS是丁苯橡胶增韧改性的聚苯乙烯,与PS相比有较高的韧性和冲击强度。如果相对分子质量偏低,或橡胶含量较少,或注射工艺不良,则会有较低的强度,更高的残余应力。例如,用HIPS制造的笔杆有较高的残余应力,使用几次就会开裂;单薄无筋条的简易衣架也易弯曲折断。对200~300mm以上的HIPS构件,需注意其自重,对其支撑位置产生的弯曲应变应予以限制。HIPS的制品不宜露天使用,因为它的抗氧化和热化学阻抗的稳定性较差,尤其在承载的情况下,扭曲和弯曲时会产生热变形或疲劳裂纹。

(6)ABS ABS是苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚的无定形塑料,简称ABS,英文名为Acrylonitrile-Butadiene-Styrene。ABS通常有比HIPS好的韧性,有较好的综合力学性能;熔体流动性中等,易于注射成型;有较宽的熔体加热范围(180~240℃);模具温度为50~75℃,较高的模具温度可改善注塑件表面的光泽(如在注射大型复杂制品时,需要有60~80℃的模具温度);成型收缩率小(0.4%~0.7%),制品尺寸稳定。ABS是重要的广泛使用的工程塑料,其品种牌号很多,如各种高抗冲、中抗冲、耐热型、电镀型、阻燃型或透明型等ABS。通过改变ABS中各单体组分的比例,可以制成许多品种类别的ABS,它们有不同的物理性能,加工的工艺条件也有差异。ABS/PC混合制成的塑料件可提高耐热温度到120℃左右。

ABS是三元共聚物,其中丙烯腈可给予ABS较高的耐热性和表面硬度,但因极性的腈基易吸水,吸水率为0.2%~0.45%,表面吸水率可达0.3%~0.8%,故ABS粒料成型前必须进行干燥处理。料斗干燥时加热温度为70~85℃,干燥时间需2~4h,以使含水量降至0.1%(质量分数)以下。如果制品有优良光泽要求或在湿热的季节,则干燥加热时间需长达4~8h。还须防止已干燥的ABS再度受潮。

ABS是无定形塑料,黏流态的成型温度范围较宽,有比聚苯乙烯熔体较高些的黏度,对流动剪切速率敏感。对薄壁和复杂的制件,注射生产时需采用较高的注射速率和压力。在注射模成型时,常用0.6~1.8mm直径的针点式浇口。因此,浇口冻结时刻的型腔压力决定了制品的质量。注射成型时,机筒温度为190~250℃。提高ABS物料温度,熔体黏度降低很少。当熔体注射温度高于250℃时,首先会导致ABS中丁二烯降解,并分解和产生有毒挥发物,使物料变色甚至炭化。

(7)AS AS是丙烯腈与苯乙烯共聚的无定形塑料,也可简写成SAN。其透光率与PS相当,韧性和强度超过PS,有较好刚性并耐刻划。AS抗冲击性能好,但对缺口敏感。其熔体的流动性也较好,模塑成型收缩率为0.2%~0.5%。利用其透明和半透明性,可注射生产各种照明灯具上的制件和装饰性的小尺寸壳体、按钮和表盘等,但需注意AS制品在模塑成型时易生成残余应力,会引发裂纹。AS在成型加工和使用中与溶剂接触,有环境应力开裂的现象。倘若用AS制造热咖啡的容器,由于受化学作用和高温,会使容器开裂。

(8)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) PMMA是丙烯酸类树脂中最重要的一种。它是透明度高的无定形塑料,常以板材供应,俗称有机玻璃,但比无机玻璃轻得多,且抗冲耐振。它具有良好的电绝缘性、染色性和二次加工的装饰性能。用聚苯乙烯改性的PMMA为372品种。珠光有机玻璃是国内常用的塑料品种。PMMA熔体的流动性中等,其熔体黏度比PE和PS高;对加热温度比较敏感,超过245℃即会分解。不良的注射工艺会影响制品的透明度和强度。PMMA的氧指数为17.3,属易燃塑料。

由于PMMA的脆性,它不能承受高的应力,在钻孔切削时很容易开裂,螺纹孔在室温下拧紧时也会开裂。PMMA的表面硬度差,易被硬物擦出划痕。专门的涂覆可以改善其表面硬度。

(9)聚酰胺(PA) PA为多品种的结晶型聚合物,坚韧且耐疲劳,表面摩擦系数低又耐磨,但极能吸湿;熔点高,熔融温度范围窄,约10℃左右。PA6结晶至熔化的相变温度为215~225℃,最高注射温度为250℃;PA66相变温度为250~265℃,最高注射温度为285℃;PA610相变温度为210~225℃,最高注射温度为250℃;PA12相变温度为175~185℃,最高注射温度为230℃。模具温度的高低影响结晶度和生产率,可在较大范围(40~100℃)中按需要选定。塑料件的成型收缩率大,PA6有0.7%~1.4%的收缩率,其他品种有1.6%左右的收缩率,且有波动。成型的制品因吸湿等原因,尺寸不稳定。

PA6弹性好,冲击强度高,吸水性较大。PA66强度高,耐磨性好。PA610与PA66性能相似,但吸水性和刚性都较小。PA12的吸水性小,成型收缩率较小,制品尺寸较稳定。PA1010呈半透明状,吸水性较小,耐寒性较好。玻璃纤维充填含量达33%的PA,其力学性能和耐热性能有很大提高,成型收缩率有明显下降。PA/ABS混合物中,ABS的质量分数为15%~20%时,其冲击强度有很大提高。

注射前必须充分干燥物料。熔体黏度低,注射模塑时很容易出现流涎和溢边。聚酰胺在分子结构中因含有亲水的酰胺基,容易吸水。其中PA6吸水性最大,PA66次之,PA610的吸水率为PA66的一半,PA1010的吸水性最低。PA6的吸水率在平衡状态为1.3%~3.0%。水分对这些塑料的物理性能有明显的影响。如果用已吸湿的聚酰胺物料注射成型,会引起熔体的黏度下降,从而使注塑件表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷,制品的内在质量和力学性能变差,因此在成型前必须将物料的含水量降至0.2%(质量分数)以下。干燥处理聚酰胺塑料时应防止氧化变色,最好用真空干燥,脱水率高而时间短。干燥条件为真空度0.93×105Pa,烘箱温度90~110℃,料层厚度25mm以下,干燥时间8~12h。常压下干燥空气的温度要低些,干燥时间要适当增加。干燥处理后的塑料即使加盖,雨天的存放时间也不要超过1h,晴天则限制在3h内。(www.xing528.com)

聚酰胺有明显的熔点大致为200~270℃,视不同品种而异。聚酰胺的熔融温度较高,而其范围较窄,而且熔体流动剪切速率提高时,对其黏度下降影响较小。聚酰胺熔体的黏度低,有很大的充模流程比。为防止螺杆注射推进时发生过多漏流,螺杆头部应有滑动式止逆环。熔料也容易在注射模中泄漏,溢料会在制件上生成飞边。注射模上运动零件的配合间隙要很小。为防止注射机喷嘴口熔体流涎,可用针阀式喷嘴。热流道注射时以采用针阀式喷嘴为好。由于聚酰胺熔体的热稳定性差,容易分解,因此生产中机筒的加热温度不宜超过300℃,熔料加热时间不要超过30min。

(10)聚碳酸酯(PC) 由于大分子链结构的刚性强,使其结晶能力差,故PC属于无定形聚合物。PC有突出的抗冲击强度和抗蠕变性能,并较能耐寒耐热,使用温度的范围宽(-130~130℃)。PC的力学性能和电绝缘性能优良,并有较好的透明度,制品成型收缩率较小(0.5%~0.7%),塑件尺寸精度高。它是产量仅次于PA的工程塑料。

PC主链上有亲水的酯基,容易吸水分解。其在高温下对水分很敏感,微量水分也会造成PC水解,使相对分子质量下降,性能劣化,所以在成型前必须严格干燥。可采用沸腾干燥,温度为120~140℃,时间为1~2h。真空干燥温度为110℃,真空度为0.95×105Pa,时间为10~25h。干燥后的含水量应小于0.02%(质量分数)。注射时最好用注射机料斗式干燥器再干燥。物料的干燥程度不足,对空注射时从喷嘴流出的条料表面不光亮,内部夹有气泡。干燥程度很差时,深色的熔料黏度很低,并有分解气体喷出。干燥合格的喷出条料应均匀光亮,无细丝和气泡。

PC属于无定形塑料,由于主链上刚性的苯环存在,故其熔体的黏度比聚苯乙烯高很多,而且其流动特性接近牛顿流体。PC有较高的热稳定性和很宽的成型温度范围。熔体黏度受剪切速率的影响较小,但对温度的变化十分敏感,因此在注射成型时,通过提高温度来降低黏度比增大压力更有效。

成型温度的选择与PC的相对分子质量、制件的壁厚和注射机的类型等有关,一般控制在250~310℃范围内。注射成型应选用相对分子质量稍低的物料,其熔体有较好的流动性,但制品的韧性会有所降低。为保证薄壁制件型腔内的充模流动性,应采用较高的成型温度(285~310℃)。

PC熔料的黏度很高,成型长流程和薄壁的复杂注塑件时需要较高的注射压力,如螺杆式注射机的注射压力为80~130MPa。选用高料温和低压力有利于减少成型制件内的残余应力。由于PC的成型收缩率较小,故保压时间不应过长,以免制件脱模困难并出现应力开裂。

PC注射模的模具温度为80~120℃。对薄壁制件,成型的模具温度为80~100℃;对厚壁制件,成型的模具温度为100~120℃。成型PC的注射模应该备有加热装置,可用热油循环或用电热棒或电热板加热。较高的模具温度可减小注塑件中的温差残余应力,但延长了注射周期。

在脱模温度下,PC注塑件的弹性模量高,与模具钢表面间的摩擦系数大,成型件脱模困难,物料注射充模时流动和温差产生的残余应力较高,尤其是在塑料件的嵌件周围、成型孔的周边和截面突变处。另外,PC在外力等环境因素下易产生应力开裂。PC制品有较高的缺口敏感性,疲劳强度低。PC注塑件有高温水解的特性,在65℃以上的高湿条件下会产生应力开裂。

PC加入玻璃纤维或碳纤维增强后,可明显提高力学强度和改善耐热性,但冲击强度下降。PC的混合塑料品种很多。PC/ABS能改善熔料的加工流动性,降低制品的残余应力。PC/HDPE能降低熔体黏度,提高制件的冲击强度,减少应力开裂。PC/POM能提高耐溶剂性能、耐应力开裂和耐热性能。PC/PMMA的制品光泽美观,耐紫外线。PC/PA混合可使冲击强度提高,更耐化学腐蚀。

(11)聚甲醛(POM) POM是高结晶度的聚合物,具有优良的物理和力学性能,耐磨、耐水、耐腐蚀,耐蠕变和耐疲劳性能好。均聚POM与共聚POM由于分子结构不同,性能有所不同。均聚POM的密度、结晶度和力学性能稍高一些,而共聚POM的热稳定性、化学稳定性及加工性能稍好一些。共聚POM比均聚POM应用更广泛。

共聚POM熔体流动性中等,物料熔融温度范围小,共聚POM在165~175℃结晶熔化,需模具温度80~100℃。共聚POM热敏性强,容易分解,熔体最高注射温度为200℃,若熔体温度过高或保持熔融状态的时间过长,会溢出刺激性甲醛气体,制品会变色或起泡。共聚POM的成型收缩率大(1.5%~3.5%),且波动范围大。用玻璃纤维增强改性,可减小共聚POM的成型收缩率。共聚POM添加聚四氟乙烯石墨和二硫化钼等可制成耐磨自润滑的支承或传动零件。POM制品的热稳定性差,易燃烧,长期在大气中暴晒老化较快。

(12)聚苯醚(PPO)聚苯醚英文名Polyphenylene Oxide,简写PPO。由于分子链的链段内旋困难,导致刚性增大,故PPO为无定形聚合物。PPO成型收缩率和吸水性小,阻燃性能好,热变形温度可高达190℃。其熔体流动性差,需300~330℃的高温加热熔化。纯PPO加工困难,难以模塑成型制品。生产中用聚苯乙烯混合PPO/PS(名为Noryl)的塑料应用最多。其热性能和力学性能与聚苯乙烯含量有关,与聚碳酸酯相近。其黏度比聚碳酸酯低,高于ABS。注射条件为机筒温度315~340℃,喷嘴温度300~320℃,模具温度110~150℃。PPO成型收缩率为0.3%。

PPO/PS耐热难燃,力学性能突出,电绝缘性能优异。它适用于制造电子电器产品上的耐热、高压和高频的绝缘制件,计算机、打印机和复印机办公用品的壳体,以及汽车和机电产品上的结构件。制品的工作温度在100℃上下,其化学阻抗性能差。用PPO/PS(Noryl)塑料生产的电热水壶,在接触了油脂后会生成环境应力裂纹,在加热和冷却循环使用下会产生热疲劳裂纹。

(13)聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT,PBTP) PBT为结晶型热塑性树脂,属于结晶型的饱和聚酯,为热塑性的工程塑料。纯PBT的力学性能一般,熔体的黏度较低,很少应用,但经玻璃纤维增强后,力学性能可大幅度提高,弯曲弹性模量达到8.82GPa,热变形温度(在1.82MPa下)为220℃,介电绝缘性能优良。增强PBT的流动性良好,但成型的温度范围较窄(225~235)℃。PBT的黏度对剪切速率的敏感性大于对温度的依赖。注射成型制品的取向很明显。纯PBT的成型收缩率为1.7%~2.3%,经玻璃纤维增强后,PBT的成型收缩率为原成型收缩率的1/4~1/2,且玻璃纤维含量越高,收缩率越小。

PBT有阻燃增强品级,也有低翘曲的无机填料充填的品种。PBT/PET混合塑料可改善翘曲变形,使制品有光泽。PBT/PC混合塑料可改进耐热温度和冲击强度。它们主要用于电子电器和仪器仪表领域

(14)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) PET属于结晶型的饱和聚酯,为热塑性的工程塑料。PET自1946年工业化以来,主要用于纤维、薄膜和吹塑瓶,如注射模塑加工,大批量透明瓶的型坯。PET是高度对称芳环的线性聚合物,易于取向,熔融温度较高,加热温度范围较小(270~290℃),分解温度为300℃。其熔体流动性良好,且对流动剪切速率敏感。PET需较高的模具温度(85~130℃),以促使成型制品结晶。PET的成型模塑收缩率很大,一般为1.8%,加入玻璃纤维后可降至0.2%~1.0%。PET在-50~100℃时,基本保持常温下的力学性能。常用来注塑电子电器零部件和汽车配件。PET的种类有质量分数为30%玻璃纤维含量的增强工程塑料,有PET/PC和PET/PA等共混品种。

2.热塑性弹性体

通常把弹性模量小于104MPa的材料称为弹性体。弹性体在室温下能被反复拉伸至原始长度的2倍以上,应力解除后能大致恢复到原始长度和形状。橡胶是典型的弹性体,但橡胶不能通过热熔融再生造型。热塑性弹性体(TPE,ThermoPlastic Elastomer)在常温下具有弹性,在熔融温度下能反复熔化后成型。TPE的价格高于一般的橡胶。制备热塑性弹性体的主要方法是橡胶与塑料共混。

热塑性弹性体的高分子链段既具有弹性的软段,又有常温下约束大分子运动的硬段。其中,软段为材料的连续相,硬段作为分散相。在熔融温度下,硬段被离解并和软段混合。冷却后硬段能重新分散在软段连续相中。

热塑性弹性体与硫化橡胶相比,弹性、抗蠕变性、耐溶剂性和耐油性能等都有待改进。TPE制品容易与其他材料黏合,但表面修饰尚有困难。

热塑性弹性体的种类较多,较重要的有聚苯乙烯系、聚烯烃系、聚酯系、聚氨酯系和聚酰胺系等。新型的TPE品种还在开发研制。

热塑性弹性体注射成型时加热的熔融温度取决于相混塑料,比各种塑料的熔融温度要低。TPE的熔体黏度对温度的依赖性较大,与塑料相同而与橡胶不同。PET在注射时成型收缩率大致为1.0%~1.5%。由于PET的种类众多,有不同塑料与橡胶配比,又有各种添加剂,因此需要材料供应商提供熔体加热温度、模具温度和注射成型收缩率。PET在注射成型时,浇口凝料很难拉断,要求浇口细长并有锐边,尽可能用剪切切断的浇口。

(1)聚苯乙烯系热塑性弹性体(TPS) TPS的典型代表是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)。SBS的密度为0.94g/cm3,SEBS的密度为0.91g/cm3,两者的拉伸强度可达30MPa,邵氏硬度可在30~75A之间调节,透明性好,着色性能优异。SBS用于柔性结构件和电线绝缘层,需求量很大。注射加热温度为180~240℃,模具温度为20~50℃。SBS与SEBS之间最大差异在于老化性能。双键经加氢后生成的SEBS稳定性良好,耐化学药品性能优良。鉴于SEBS容易消毒灭菌、无需交联剂、毒性低等原因,可将其作为医疗器械用材料,如制造密封件、血袋、奶嘴、医用插管、软管和手术衣等。

(2)聚烯烃系热塑性弹性体(TPO) TPO用动态硫化技术机械掺混EPDM/PP制成。其价格比乙丙橡胶EPDM低,也称为EPDM热塑性弹性体。它避免了交联剂的毒性,省却了多种配合剂,废品废料可回收加工。其相对密度为0.88~0.97g/cm3,比EPDM橡胶的1.1g/cm3小些;可在-60~135℃温度范围内使用;硬度范围广,邵氏硬度可在35~90A范围调节;对应有拉伸强度4.4~27.6MPa,扯断伸长率为330%~600%。TPO具有良好抗疲劳、耐酸碱与臭氧的性能。因其耐候性好,主要用于汽车配件(如保险杠和软管等)及建筑上用的防水密封件(如玻璃板的防振密封衬垫、铝塑门窗的密封条等)。TPO注射加热温度为180~200℃,模具温度为15~40℃,注射时成型收缩率为1.2%。

(3)聚酯系热塑性弹性体(TPEE) TPEE高分子内有结晶的聚酯硬段部分,又有非结晶的软段部分。TPEE的拉伸强度大于30MPa,弹性为工程塑料的3~6倍,耐疲劳、耐油、耐化学药品及耐溶剂侵蚀性能优良。其使用温度范围宽(为-50~130℃),邵氏硬度在35~80D范围内可调。缺点是不耐热水和强酸。TPEE的综合性能优良,适用于制作耐高低温、耐候且有薄壁要求的汽车配件,可制造减振板、密封环和液压软管等。由于绝缘性能好,故可用于制作电气开关和接插件的保护罩。TPEE的注射加热温度为200~250℃,模具温度为20~50℃。注射时成型收缩率为1.0%~1.5%。

(4)聚氨酯热塑性弹性体(TPU) TPU的高分子硬段由扩链剂(如丁二醇)加成到二异酸酯上形成,软段由聚酯或聚醚构成。TPU的品种多,性能范围广,如拉伸强度为25~70MPa。

TPU的耐磨性非常突出;添加石墨、二硫化钼、硅油和氟化物后,摩擦系数显著降低;撕裂强度高,回弹性好,耐油;在干燥条件下的最高使用温度为70~80℃,脆化温度可达-53℃。TPU可用于制作鞋底、胶轮、手柄、仪表板和密封件等。注射加热温度为190~240℃,模具温度为20~40℃。注射时成型收缩率为0.8%~1.4%。TPU的改性品种很多,透明级的透光率可达85%。

(5)聚酰胺系热塑性弹性体(TPAE) TPAE也是由软、硬嵌段交替组成的多嵌段共聚物,其硬段为聚酰胺PA,软段为聚酯或聚醚。它的硬段有许多种(如PA6、PA66、PA11和PA12等),加上软硬段比例不同,使PATE有许多品种和相当宽的性能变化可调配,如邵氏硬度可在65A~75D范围内调节。

TPAE的低温韧性好,回弹性高,有良好耐油和耐化学药品性能。TPAE制品耐磨耗,接触面上压强和线速度的pv极限值比较高。它有较高的弹性模量和使用温度,可以用于制作体育用品的球拍和运动鞋,汽车用的软管、减振片、密封垫等,工业上用的传送带和轧辊等。TPAE的注射加热温度为200~260℃,模具温度为20~50℃。

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