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热塑性弹性体(TPE)常见问题解答

什么是TPE?

热塑性弹性体通常是低模量,即可以反复在室温下与应力被释放时返回到其原始的近似长度的能力被拉伸到至少两倍其初始长度的柔性材料。与此属性的祖父材料是热固性橡胶,但注射成型热塑性弹性体(TPE)的很多家庭都取代传统的橡胶。除了在其基本形式使用,热塑性弹性体被广泛地用于修改硬质热塑性的性质,通常是改善的冲击强度。这是板材产品和一般成型的热塑性弹性体相当普遍。

热塑性弹性体的类型

直到最近在1996年,六个主要类型的TPE可以被分类为两种一般类,嵌段共聚物(苯乙烯类,共聚酯,聚氨酯和聚酰胺)或热塑性/弹性体共混物&合金(热塑性聚烯烃和热塑性硫化橡胶)。

除了这些TPE,两项新技术已经出现。它们是金属茂催化的聚烯烃塑性体和弹性体,以及反应器制造的热塑性聚烯烃弹性体。

传统的TPE类型被称为两相系统。从本质上讲,硬热塑性相用软的弹性体相机械地或化学偶联,从而产生具有两个阶段的组合性质的TPE。

传统的TPE种类

  • 苯乙烯(S-TPE的)
  • 共聚酯(COPE的)
  • 聚氨酯(TPU的)
  • 聚酰胺(PEBA是)
  • 聚烯烃共混物(TPO的)
  • 聚烯烃合金(冠捷的)

新TPE参赛者

  • 反应器TPO的(R-TPO的)
  • 聚烯烃塑性体(POP的)
  • 聚烯烃弹性体(POE的)

新的持久性有机污染物和聚烯烃弹性体基本上是分子量非常低,线性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。在聚合催化剂的技术进步的结果,这些材料最初是开发来改善柔性包装膜的特性。最近,这些更灵活的聚乙烯看到作为低成本的橡胶替代一些不苛刻的模塑制品的应用。这些主要包括不会在温度,压力,负载或应力环境被暴露于极端的产品。在模制产品,其中或多或少的有限的灵活性或触感的程度需要正在使用这些新材料。需要注意的是它们不是真正的弹性体。

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我可以从我的TPE期待什么样的拉伸性能?

拉伸性能

拉伸性能是用来描述弹性体在拉伸时表现如何的测量方法。通常使用几个测试来指示TPE在最终使用环境中的执行情况。

断裂拉伸强度

这种测量也被称为极限拉伸。在该试验中,一块弹性体的被拉伸直至其断裂。的断裂材料所需的力的大小进行测量。单元在磅每平方英寸(psi)或兆帕(MPa)通常给出。具有高的极限拉伸性能弹性体将由比在这个测试值较低的弹性体的拉伸是打破更加困难。

撕裂强度

该值描述了弹性体光刻胶如何撕裂。撕裂强度试验基本上相同,除了测试棒断裂试验的拉伸被切口在一侧上,以提供传播点。材料被拉伸并在该测试棒泪完全被记录的力的量。单元通常以psi每米千牛顿(KN / m)的给定的或。

拉伸模量

在拉伸弹性模量试验,该弹性体被拉伸,并在一定范围内的伸长率点处测量到的拉伸阻力。这通常报道为在弹性体的原始长度的不同百分比,如50,100和300%的拉伸。弹性体可能有较强的耐拉伸开始,但变得更弱,因为它拉长(称为“颈缩”)。

断裂伸长率

伸长率不测量材料是多么困难或易拉伸,而只是多远就会伸展它打破了。这个报告在原有长度的百分比。有些柔软弹性体将延伸到原来长度大于1000%的破之前。一种软的弹性体TPE将典型地具有比硬质材料高得多的值。

影响因素的值

在该试片被模制的方法和流动的方向影响的拉伸特性值。出于这个原因,许多弹性体为在流动和垂直于流动方向的两个方向上的拉伸物性。

流动方向

像许多其他弹性体性能,拉伸特性通过在模制的聚合物分子的取向的影响。因此拉伸性能可以根据是否在拉伸被模制,或在横向方向上期间,在聚合物流动方向上做有很大的不同。

测试板(挤出与注塑)

一些测试是在注塑板进行的,而另一些则对挤出的斑块进行。重要的是只比较类似的试片类型的值,因为有可能是在值显著差异。

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如何“压缩设置”适用于热塑性弹性体?

压缩量是指材料在特定时间、特定温度下被压缩到特定变形的永久变形量。

通常的ASTM测试方法中所用(ASTM D395)要求该物质为25%的变形(压缩)对于给定的时间段。有30分钟的恢复时间之后,将样品进行测量。

  • 23℃(室温)
    22小时、70小时、168小时(1周)、1000小时(42天)
  • 70℃
    22小时、70小时、168小时(1周)、1000小时(42天)
  • 121°C
    22小时、70小时、168小时(1周)、1000小时(42天)
  • 150℃
    22小时、70小时、168小时(1周)、1000小时(42天)

该值是物料样本无法恢复到其原始高度的百分比。例如,压缩系数为40%的热塑性弹性体只能恢复其压缩厚度的60%。一组100%的压缩表明热塑性弹性体永远不会恢复-它仍然是压缩的。

通常蠕变混淆压缩永久变形。但是,压缩变定是变形的恒定应变下的量,而蠕变变形是的恒定应力下的量。

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是否有一个服务下的TPE?

术语使用温度是松散用于定义在其中材料适合使用的最高温度。

使用温度取决于许多因素,包括性能要求、暴露时间、负载和部件设计。

测量工作温度的一些常见的方法是维卡软化温度,热变形温度(HDT),保险商实验室(UL),半拉伸强度,并根据行业其他专有方法。

要求相对高温的应用实例包括汽车/运输、液压软管和采矿电缆。不需要高使用温度的应用包括一般室内应用,如个人护理产品和厨房用具的握把、电话线和玩具。

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什么是硬度意味着什么?

硬度

一材料的相对柔软度或硬度往往是选择的热塑性弹性体时,所考虑的第一准则之一。硬度也与其它重要的设计性能,如拉伸强度和挠曲模量。由于各种测量尺度及其与其他材料性质的关系讨论硬度时可能出现混淆。

硬度测量

用于测量橡胶硬度的最常见的仪器被称为肖氏硬度。弹簧用于将金属压头推入材料的表面,测量其穿透多远。该仪器测量从零至0.100英寸的深度渗透。零读数在刻度装置压头处于最大深度和100的读出表示检测到没有渗透。

肖氏硬度计有各种硬度范围。其中最常见的秤是岸A秤,使用钝压头和中等的弹簧力。当读数超过90时,Shore A仪器就不那么准确了。对于较硬的材料,Shore D硬度计是使用的,因为它有一个尖锐的压头和一个更强的弹簧,以渗透到一个更大的深度。

当更难塑料被测量,使用具有更清晰的压头和更强的力,例如洛氏硬度计的仪器。在天平的另一端,软凝胶和软泡沫橡胶是用肖氏00标度测定。

大多数材料将抗蚀剂初始缩进但将进一步产生随着时间的推移由于蠕变或松弛。硬度计读数既可以瞬时或特定的延迟时间,这通常范围秒5和10之间后拍摄。瞬时读数总是会给出更高的(或硬)读取比延迟读数。延迟读数更能代表不仅材料的硬度,但弹性的。弱,更少的弹性体材料将蠕变超过更高的强度,更弹性的材料。

需要精确的测试程序,以确保有效的数据。为了得到准确的读数,你必须有一个平坦的表面部分,以及足够的部件厚度以防止支撑面从影响结果。通常的所需厚度是0.200英寸,但硬的热塑性弹性体的经验较小的变形可在较低的厚度进行精确测量。

关系到其他属性

硬度经常混淆与其它性质,如弯曲模量。虽然这两个属性反映该产品在客户手中的感觉如何,弯曲模量措施的耐弯曲性,同时硬度措施压痕阻力。在一个特定的TPE家庭,这两个属性是相关的。通常如硬度值上升,所以不会挠曲模量。

在给定的家庭TPE抗蠕变性和抗张强度一般是直接相关的。这意味着较软的TPE将蠕变越来越有较少的拉伸强度比更硬的材料。摩擦(COF)的系数与硬度成反比。作为TPE的硬度提高了COF通常降低。

当比较不同家庭的热塑性弹性体,超越硬度实际物理特性数据需要做出适当的材料决定。

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监管术语的定义

食品和药物管理局(FDA)

根据《联邦法规法典》第21章第1章第B节,美国食品和药物管理局提供了关于食品应用中各种聚合物和TPEs的验收要求的详细规范。当一种产品被归类为“FDA级”材料时,它指定只有21 CFR,零件170-199批准的材料在其配方中使用。

美国国家卫生基金会(NSF)

美国国家卫生基金会是著名的标准,产品检测和认证服务,公共卫生安全和环境保护等领域的发展。NSF认证计划是由美国国家标准学会(ANSI / RAB),荷兰委员会认证(RVA)和加拿大标准委员会(SCC)的认可。

测试联盟允许NSF在世界其他地区的测试验收为好。有些联盟包括天祥质量技术服务(ITS),KIWA N.V。在荷兰,加拿大标准协会(CSA)和QMI在加拿大和日本燃气具检验协会(JIA)在日本,仅举几例。

需要NSF认证的典型应用包括饮用水应用,水处理系统,餐饮服务和管道。

美国药典(USP)

USP规格涵盖血液和体液相容性/接触的应用。USP测试的目的是提供在容器中使用的高分子材料的生物效应的信息。有六个类到其中的聚合物可根据其在特定USP生物测试性能被放置。每增加类号,从I至IV,要求聚合物进行另外的测试,以使用更多的提取车辆比以前的类中的每个电平。还有,其可被选择以进一步表征材料的范围越来越高的提取温度。

美国保险商实验室(UL)

美国保险商实验室是一家总部位于美国的独立,不以营利为目的的产品安全测试和认证机构。常见测试UL-94(垂直和水平燃烧试验HB,V0,V1,V2或下进一步分类),VTM(薄膜燃烧试验)和VW(垂直线燃烧试验)。通过UL规格涵盖的典型应用包括手持式电子产品,商业机器和设备。

军用规格(MIL)

某些美国的军事和非军事应用程序可能需要军事规格。这些规范包括诸如真菌生长,尺寸稳定性和许多其它材料性质的区域。在TPE的世界,需要军事规格的应用包括脐带电缆现场用软电线,地下电缆和船舶到岸电缆。

加拿大标准协会(CSA)

CSA是加拿大的原则标准机构设置的性能标准,并在某些应用中的测试方法。这类似于ASTM,UL,DOT,FDA和MIL在美国的机构。

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是什么热塑与热固性弹性体之间的区别?

弹性体通常分为两大类:

  • 热塑性
  • 热固性

结构体

热塑性弹性体是加热和冷却时变硬时,其重复软化/熔融材料。大多数热塑性塑料都溶于特定的溶剂,并可以刻录到一定程度。软化/熔融温度与聚合物类型和等级而变化。因为热塑性塑料的热/剪切敏感性的,必须小心,以避免降解,分解或点燃的材料。

大多数热塑性分子链可以被认为是独立的,相互交织串类似意大利面条(参见上图)的。当加热(例如,用于模塑),个体链滑动,导致塑性流动。当冷却时,原子和分子的链被再次牢固地保持。当随后加热,链再次滑落。有向它的热塑性塑料可以外观和机械性能受到影响之前进行加热/冷却循环的数目的实际限制。

热固性弹性处理,成为永久不溶不熔的过程中发生化学变化。它是热固性和热塑性系统之间的这种化学交联,其最主要的差别。天然和合成橡胶,如胶乳,腈,混炼型聚氨酯,有机硅,丁基和氯丁橡胶,其通过被称为硫化的过程达到它们的性质,是典型的热固性弹性体。

从下图可以看出,当热固性聚合物固化或硬化时,相邻的分子之间会形成交联,从而形成一个复杂的相互连接的网络。这些交叉键可以防止单个链的滑动,从而在加热时防止塑料流动。如果交联完成后对热固性弹性体加热过多,聚合物会降解而不是熔化。这种行为有点类似于鸡蛋被煮熟时的情况:进一步加热不会使鸡蛋回到液态,它只会燃烧。

如何定义处理

重复处理热塑性弹性体的能力提供了热固性橡胶的热塑性弹性体的主要优点。其它键处理的差别在以下的图中捕获。

变量

TPE

热固性橡胶

制造

快速(秒)

慢速(分钟)

废料

可重复使用

高比例的浪费

固化剂

没有

需要

机械

传统的热塑性塑料设备

特殊的硫化设备

添加剂

最低或无

大量的加工助剂

优化设计

无限

有限

改造部分

是的

不会

热封

是的

没有

资料来源:罗伯特·埃勒协会

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什么是比热固性橡胶TPE的好处?

  • 设计灵活性
  • 降低制造成本
  • 加工时间较短
  • 废料是完全可回收利用的
  • 产品的一致性
  • 可以吹模
  • 可以热成型
  • 能源消耗降低
  • 简单的处理
  • 产品质量更好地控制
  • 产品密度范围更广
  • 降低每件成品零件成本
  • 更环保

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如何收缩影响的TPE?

收缩

作为热塑性弹性体从它们的熔融状态冷却时,分子彼此对准和收缩模制部件的总尺寸。虽然通常只在每英寸范围一英寸的千分之一,收缩可以显着影响模制和去除部分的以及最终部件的外观。

如果收缩不均匀,一部分意味着放平可以弯曲或翘曲。此外,在具有严格的公差应用中,意外的收缩可能影响在装配的部分的配合。

由于这些原因,在生产中通常必须考虑收缩。

删除一部分

当份含有核或切口,作为弹性体收缩它可以收紧围绕模具,使得去除困难。模具设计,模具表面光洁度和加工条件可以减轻这种效果,和使甚至自动清除可能的。

成型条件

成型条件可以显着影响的量和收缩的性质。从高应力的状态很快要低应力的一个可以增加收缩量。快速冷却的部分的,以及非常高的注射速度或压力也可影响收缩。

设计注意事项

由于收缩,模具必须切割比部件的所需尺寸大。通常,精确收缩值不能被知道,直到一个特定部分被模制,所以它总是最好的是保守,并且如果在所有可能的使用原型模具。

作为与其它弹性体性能,收缩经常与聚合物流的方向而变化。门位置将决定流入部,因此收缩方向的方向。此外,一些热塑性弹性体比其他人更各向同性的,这意味着它们收缩更比另一个方向。这必须在设计模具时要考虑到。请咨询您的TPE供应商设计的考虑如何影响收缩的更多信息。

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