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史上最全面各种类塑胶原料物性应用知识9
聚醚砜
聚醚砜是一种耐高温、无定形热塑性工程塑料,它是从1983年开始上市的具有长期热稳定性和许多芳族砜的典型性质。它可以在许多方面取代金属、玻 璃以及陶瓷等材料。
性能
在聚醚砜的许多用途中,最主要的是它能在长期的高温条件下使用。ASTM D? 648热变形温度可达 400°F。
它可以在-148?392°F范围内保持很好的韧性和延展性。玻璃化转变温度是 428°F。在 60?106Hi的频率范围内和在高温的条件下,其电性能保持不变。
在室温条件下,其机械性能与其它砜类聚合物相似。它是一种坚硬的材料,弯曲模量为 2757MPa,拉伸冲击强度为160 ft.-lb/sq.inch。机械性能的稳定性可以保持到将近热变形的温度。聚醚砜比其它无定形热塑性塑料具有更好的抗环境应力龟裂性能。侵蚀性最强的是酯、酮和烃类。有一定侵蚀性的是醇、芳烃。
聚醚砜具有水解稳定性并且耐通常使用的酸、碱。不加阻燃剂仍具有很好的阻燃性。它由美国食品药物管理局(FDA)认可可在食品行业中一次或多次使用。
聚醚砜砚的混合料可以为透明的,也可以是不透明的。它有多种玻璃纤维补强品级。其它的填充物例如矿物质和玻璃微球也可以被采用。
加工
聚醚砜可以在一般的注塑成型和挤出成型设备上进行加工。聚醚砜具有相当高的熔融加工温度范围(最高为610?750°F),这与它高的热变形温度(400°F)有关。
在熔融加工前,必须将其干燥到含水量小于 0.04%。这一过程可在一个空气循环烘箱或料斗干燥器内完成,300 °F干燥4 h或350°F干燥2.5 h.为了生产低内应力、高性能的聚醚砜制品,注塑模具温度需要达到300?350°F。模内流动性好,当熔体温度为 725°F时,0.08 in厚度的模内流动距离为 19 in。
应用
由于聚醚砜具有很好的热稳定性,所以它非常适合于电子、电器方面的应用。它可以通过高温焊接装置进行加工。其应用包括:集成电路板、连接器、灯罩。保险丝盒和汽车部件。
利用其阻燃性,可生产运输工具的部件如热成型壳体和先进的复合材料。用二氯甲烷溶液制取复合材料的预浸料是一条很可行的路线。
在加工业中,聚醚砜现可以代替许多金属和玻璃制品。包括管材、流量计和视镜等。
聚醚砜也可用与聚砜的相似电镀工艺。
聚砜
聚砜(PSO)是一种透明、耐高温。极稳定的高性能热塑性工程塑料。它具有无定形性、低燃烧性、冒烟性小,在将近玻璃化转变温度374 °F时仍保持很好的介电性能。
这些性质主要是由聚砜的分子结构中二芳砜基团决定的。这种基团有从苯环上吸电子的趋势。砜基团的对位氧原子共振并且产生抗氧化性。高共振也使键有所增强,使基团形成平面结构。因此在高温条件下,该聚合物具有很好的热稳定性和刚度。醚键使分子链具有柔曲性,所以具有很好的冲击强度。
因为连接苯环的键具有水解稳定性,所以聚机不易水解并且耐酸、碱溶液。
聚砜(PSO)可通过一般的热塑性塑料加工设备进行加工,但需在高温条件下。在注塑、挤出、热成型前,必须对之进行干燥。
性能
聚砜耐酸、碱、盐溶液并且耐洗涤剂、油以及醇类,甚至在有压力高温条件下也行。它不耐于极性溶剂如酮、卤代烃以及芳烃。
聚砜可以在300 °F蒸汽中连续使用。在180°F水中,最大承受压力为13.8MPa(静态负荷)和 17 .2 MPa(间歇负荷)。为保持长期透明性和抗冲击性不变,于180 °F水中,其最大承受压力为3。5MP(静态负荷)、 6。9MPa(间歇负荷)。水温度越低,其承受压力越高:例如在72°F时,最大承受压力为20.7MPa静态负荷)、24.7MPa(间歇负荷)。
在室温20.7MPa压力下,经过10000 h,聚砜的蠕变(应变)只有 1%。在210°F、2.07MPa的应力下,经过1年后,总应变仍低于2%。
在300°F长期使用后,聚砜的强度和模量增加10%,绝缘强度保持90%,抗冲击强度保持70%。聚砜的拉伸冲击强度可达200 ft.lb/in2。当暴露在高温下的开始几个月中,如300 °F会产生退火效应而可降低其30%的性能值。但这些性质在两年测试期中保持恒定。
美国保险商协会实验室定出聚砜可在320 °F下连续使用。由于它的玻璃化转变温度(Tg)为374 °F,所以它在间歇使用时可承受更高的温度。Amoco公司Udel牌的聚砜已被美国食品和药物管局(FDA)认可并且应用于食品行业,一次或多次应用。
聚砜具有很好的综合电性能:尽管介电常数和损耗因素很低,但仍具有高介电强度和体积电阻率。并且可以在很广的温度和频率(甚至微波频率)范围内保持恒定不变。
聚现可以进行镍和铜的化学电镀并具有 20 lb/in的粘结强度。
品级
聚砚的注塑级、挤塑级中都有透明和不透明产品。还有特殊的医用级可符合美国药典 XIX Class VI的要求。
应用
聚砜广泛应用于需要灭菌的医用设备部件。
聚砜在食品加工设备中的应用包括:蒸汽平锅、咖啡滤器、制咖啡机具、挤奶机具、钳子、刮刀片和管子。
聚砜在管道应用中可代替金属,包括阀门组件和管道配件。它具有耐氯气、防腐蚀等的优点。
聚砜可用于许多半透膜,如肾透析。反渗透和超滤等。
电子、电器应用包括连接器、熔断器。电池壳体、开关、电容器膜以及集成电路板。
在化学加工设备应用中,如用于泵。滤板、塔填料和防腐管材。
商业信息
聚砜的价格纯树脂每磅从4.25美元到医用级每磅4.93美元。
只有Amoco Performance Products公司在美国出售此产品。商品名为Udel。
热塑性弹性体(TPE)
热塑性弹性体这种材料既具有热塑性塑料的易加工性能,又具有热固性橡胶的性质。因此,热塑性弹性体可像热塑性塑料那样快速、有效的、经济性地加工橡胶制品。这种材料目前在世界上对橡胶和热塑性树脂工业有很大影响。
20世纪50年代,出现了热塑性聚氨酯(TPU)。60年代出现了苯乙烯嵌段共聚物,到了70年代,又有许多热塑性弹性体相继问世。
全球热塑性弹性体的使用量(1992年为 800,000 t/a)正以每年 8~9%的速度增长。预计这一增长速度可持续到90年代。到本世纪末,热塑性弹性体将转变为成熟的产品,那时的增长速度会逐渐减慢。
热塑性弹性体既是橡胶,又是塑料。就加工而言,它是一种塑料,而按照性质,它又是一种橡胶。
热塑性弹性体具有许多优于热固性橡胶的特点。其中包括:1.很少需要甚至不需要混炼;2.加工过程简单;3.加工时间短;4.能耗低;5.可加工回用料;6.热塑性弹性体制品可回用;7.可以更经济、更精细地控制产品质量;8.密度低;9.可以使用塑料的加工方法,例如吹塑、热成型,进行加工。
当然热塑性弹性体在实际应用中也有些不足。包括:1.它属于新技术,普通橡胶加工厂对它不熟悉;2.热塑性弹性体所需的加工设备热固性橡胶加工厂不熟悉;3.一些热塑性弹性体需要在加工前进行干燥;4.低硬度热塑性弹性体能买到的不多;5.热塑性弹性体在温度升高时会熔化,使之不能应用于短暂的高温条件下;6.只有大批量生产,才能使热塑性弹性体具有经济性。
热塑性弹性体的型号
在商业中,热塑性弹性体一般具有6种型号。它们是(按照价格和性能水平排列):苯乙烯系嵌段共聚物、聚烯烃共混物(TPOS)、弹性体型合金、热塑性聚氨酯(TPUS)、热塑性共聚酯以及热塑性聚酰胺。
商品热塑性弹性体的硬度从邵氏A30至邵氏 75 D。商品牌号的数字随着硬度增加而增大。并区随着硬度的升高,热塑性弹性体的类橡胶性能逐渐减弱,而塑料性能逐渐增强。热塑性弹性体的使用温度范围是-95°F-340°F,并且可以在许多不同的环境下使用。因此热塑性弹性体可以代替热固性橡胶,用于过去只用热固性橡胶的特殊用途中。
加工
制造加工热塑性弹性体的主要两种方法是挤塑和注塑成型,模塑成型用得极少。通过注塑成型来制造加工热塑性弹性体,既快速又经济。用于一般热塑性塑料的注塑成型方法和设备均适用于热塑性弹性体。
热塑性弹性体还可通过吹塑、热成型以及热焊接进行加工。而这些方法均不能应用于热固性橡胶制品。
应用
热塑性弹性体的应用与一般的热固性橡胶一样广泛而深入。不过,有一个例外是充气轮胎,目前尚未找出合适的热塑性弹性体。热塑性弹性体的用途有实心轮胎、大小家用器具、建筑材料、鞋。电绝缘、板材、食物和饮料包装以及保健用品。主要的热塑性弹性体在后文详述。
热塑性弹性体(弹性)合金
热塑性弹体型(弹性)合金具有许多优越的性能。一种产品,既有热固性橡胶的性能,也具有热塑性树脂的性能,它们可以代替橡胶,主要是由于它们在加工上的优越性。可以不经硫化,这样提高了产率、减少了边脚料并使对混炼的依赖性降至最低。要使热塑性弹性体能与橡胶竞争,它要有低硬度、空间柔曲性和负荷变形、完全恢复形状等性能。对柔性塑料的性能要求与热固性橡胶完全不同,为了满足这些应用的需要,合金必须要具有刚性(弯曲模量)、冲击韧度以及拉伸强度等特点。它们之所以能代替柔性塑料,是由于其具有更优越的性能如低温柔曲性、抗蠕变性、弹性恢复以及很好的摩擦系数。
作为第一种热塑性弹性体合金??热塑性硫化橡胶(TPVS),是1981年问世的。这种材料是橡胶和塑料的混合物,其中橡胶部分被高度硫化。作为商业产品的有乙丙橡胶或丁睛橡胶与聚丙烯(PP)的混合物,其中硫化橡胶完全被分散。经高效硫化共混后这种混合物与其它简单的聚合物共混物(其中橡胶相未硫化,只预交联或只有部分流化)是大不相同的。热塑性硫化橡胶的性能也可在制造时将完全硫化的橡胶(如EPDM)完全分散在PP连续相中而大大增强。
还报导过一些可硫化共混的橡胶,如天然橡胶与结晶性或半结晶性热塑性塑料的双组份共混体系的例子。
单相体系的可熔融加工的弹性体合金,是在1985年问世的。这种新型材料(MPR)是一种合成弹性体,它兼具有橡胶和塑料的性质,可用塑料加工设备进行加工,也可用改进过的橡胶加工设备进行加工。
这些材料有专利的乙烯共聚物和氯化聚烯烃合金,其中乙烯聚合物已原位交联。加入增塑剂和填充物可增加柔曲性和补强。
可熔融加工橡胶在化学性质上可设计成最具有橡胶性的。如同热固性橡胶,含有可熔融加工橡胶聚合物结构具有很低的结晶度、低弯曲模量、非常好的拉伸变形,应力一应变曲线与氯丁橡胶和丁腈橡胶非常相似。
最近,注塑成型品级的产品有了很大发展,提高了流动性和注塑成型能力。对于这些中等粘度聚合物的加工范围,也比最初的品级大大加宽。这些材料的粘度既有剪切依赖性又有温度依赖性,允许这些产品在注塑成型过程中在形状、尺寸、厚度上有所变化。制品具有较低的收缩性、更好的清晰度以及优越的外观。
性能
市面出售的弹性合金在硬度上可达到邵氏A54一邵氏D50。产品等级有一般用途的挤塑和注塑成型级、阻燃级、FDA规格级以及医用级。极限拉伸强度从7.6~27.6MPa,弯曲模量可从5.5(MPR)到345MPa(TPVS)。
通常, EPDM/PP的 TPVS以其物理、机械的综合性能而闻名。一些柔软级别比重低、硬度范围宽、抗压缩永久变形好以及热变化性好。热塑性硫化橡胶的各种 NBR/PP品级是很好的了胎橡胶替代品。它们具有很好的耐油料、耐燃油性。丁基橡胶与PP的热塑性硫化橡胶具有低的透水性、透气性,并且象可熔融加工橡胶一样能吸收能量。
一些可熔融加工性橡胶制品具有非常好的美学性能,并且有橡胶柔软性、装饰性以及手感。可熔融加工的橡胶制品也有硫化橡胶的性能,具有不寻常的耐热、耐油、耐化学品以及很好的耐候性。可熔融加工橡胶可用作PVC的改性,并且可与某些热塑性塑料一起加工,以制成复合材料和挤塑型材。
加工
加工热塑性硫化橡胶的设备必须能够熔化、塑化以及熔融树脂的混合,因此必须具有足够的温度和剪切力以获得均匀的熔化温度(至少350~370°F)。采用生产那些如PE,PP,PVC等的通用设备,便可获得很好的效果。它们的L/D比为20:1,或者更大(最好至少为24:1)。渐变螺杆的压缩比为3.0:1~3.5:1。机筒温度要达到350~400 °F。在加工前,进行热空气干燥是很必要的,尤其是对热塑性硫化橡胶。
弹性合金在一般的往复螺杆机上,便可以注塑成型。它们注塑成型的周期短,脱模容易,并且可以生产出很好的外观和形状的制品。它们可以用标准注塑或在挤塑吹塑成型设备上挤塑吹塑成型、也可压延,或是后成型以及热焊接。这些材料也可用化学或物理性发泡剂发泡。
如果可以控制足够的温度(320~350 °F)、剪切力以及合适的粘度,现代的橡胶和塑料加工设备均可适用于可熔融加工的橡胶。因此,许多现代的橡胶挤出机、一些螺杆注料式橡胶注塑成型机以及一些橡胶压延机都可以稍加改造用来加工可熔融加工的橡胶。一些塑料压延机、往复式螺杆注塑成型机以及一些挤出机不会有过高的剪切热,可以很容易地被采用。无论是用什么方法改造可熔融加工橡胶的生产设备,都可以保持原来生产塑料和橡胶的能力。
具有适当流动特性的可熔融加工的橡胶产品可以通过下列方法加工:挤塑。注塑成型、吹塑、压延、以及热成型。并且,注塑成型已经被简化;加宽了低粘度可熔融的橡胶的加工范围,并且使加工所需的特殊要求降至最低。
应用
可熔融加工的橡胶主要用于制作挤塑、模塑成型、吹塑以及压延的制品。这些产品可以用可熔融加工橡胶直接制成,也可由PVC与可熔融加工橡胶共混物制成。
可熔融加工的橡胶与选用的PVC一类热塑性塑料共同加工,可以得到预期的模塑复合材料和具有刚性和弯曲性的热塑性组份的共挤出型材。
迄今大多数被使用的可熔融加工的橡胶产品大都是挤塑制品。包括:建筑物和汽车窗密封条、制冷器软管外套管。电缆包皮、门密封垫以及胶乳芯棒。可熔融加工橡胶的挤塑一吹塑产品也可以用于生产回旋状汽车胎垫。
用可熔融加工橡胶模塑的各种形状的“橡胶”制品最多。模塑成型有一大片市场领域,它可以满足许多不同的需求。预计新的模塑成型产品将很快被广泛采用。这种模塑成型产品包括:支柱接头。液下阀门垫片、计算机插头垫(用于电缆口的密封)、用于测试仪器的精密A型图、用于减震的摩托车气缸垫、用于缓冲和封接的模塑垫圈、汽车刮水器刮片、以及盲柄和门扶手组件。
热塑性硫化橡胶在汽车部件,如软管外套管、密封垫、回旋状胎垫、门窗密封等的应用中,非常重要。由于有很好的电性能,所以它被广泛应用于电子、电器工业中的电缆、电线包皮。在许多建筑和结构用途中可用作膨胀接头和密封件。特殊品级的热塑性硫化橡胶产品可接触食品。饮料、药物以及活体组织。热塑性硫化橡胶在医学方面的应用包括注射器、药瓶塞、床单以及给料泵的膜等。
商业信息
DU Pont公司提供牌号为 Alcryn的可熔融加工的橡胶原料以及新的易成型品级产品。Monsanto公司提供牌号为Santoprene橡胶和Geolast弹性体的热塑性硫化橡胶。
热塑性弹性体弹性合金的价格中等,1990年10月1日价格每磅1.61~2.20美元之间。特殊用途品级产品的价格会高些。
乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)
乙烯-丙烯酸乙酯(EEA)树脂是聚烯烃中韧性及柔度最大的一族。它们的范围包括从类橡胶的,适合作热熔粘合剂的低熔点产品,到类聚乙烯的,具有非同寻常的韧度和柔度的产品。这类树脂都是乙烯和丙烯酸乙酯的无规共聚物,通常结构为
丙烯酸乙酯部分为共聚物提供柔度和极性,通常占聚合物的15?30%(wt)含量。与乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)相比,同为乙烯共聚物,EEA有更高的热稳定性,并属于非腐蚀性降解产品,因而能适应的加工条件范围更宽。
加工厂和再制厂常常把EEA与烯烃类聚合物或工程聚合物掺合在一起,以便生产出把两种树脂的优点结合起来的产品。
化学与性能
EEA树脂是在专门改装过的高压聚乙烯反应器中由自由基聚合法生产的。当丙烯酸乙酯的含量增加时,共聚物将变得更坚韧、更柔软、更有弹性。高丙烯酸乙酯含量树脂的极性,增加表面吸收油墨的能力并具有粘合性质。
与其它聚烯烃如LDPE相比较,EEA的基本使用性能有:对应力断裂、冲击、和弯曲疲劳有较强的抵抗力;较高的摩擦系数;较好的低温性能以及更低的熔点。当丙烯酸乙酯(EA)含量升高时,共聚物的上限使用温度稍有下降,透明度降低。
市场上的EEA通常是未加改性的片状树脂,但也有含大量填料的专用混合料,如阻燃混合料和用作线缆涂层的半导体材料。
加工
加工EEA共聚物可采用为具有相似熔融指数的LDPE设计的标准的挤塑。吹塑和注塑设备。典型的挤压熔融温度为320°F;注塑法的温度范围为280?400°F,具体数值需根据熔融指数和丙烯酸乙酯的含量而定。EEA共聚物加工时无论采用挤压法、吹塑法或者注塑法加工,通常均无须使用助剂。
用途
典型用途包括:聚合物改性、热熔性粘合剂和密封剂、挠性软管和普通管子,层压片材、多层薄膜、注塑和挤压零件以及电线和电缆混合料。
EEA共聚物能与所有的烯烃聚合物相容,如:VLDPE、LDPE。LLDPE、HDPE和聚丙烯等。EEA与其它聚烯烃混配在一起,一般用来生产一种模量能达到专门要求的,又保留了所想要的EEA特性的产品。高模量聚合物如聚下难、酰胺和聚酯,添加了EEA共聚物后,抗冲击性能显著提高。EEA共聚物也用来生产热熔性粘合剂类产品,比乙烯共聚物有更宽的使用温度范围。EEA热熔性粘合剂有一些独特的综合性能,包括:很高的剪切破坏温度和低温韧度;以及对非极性基质有优良的粘合力。在薄膜应用领域,EEA共聚物被用作多层薄膜的连结层,并用于和其它聚合物混配以改进低温韧度和抗应力断裂性能。EEA共聚物对填料有很高的容纳量,以EEA和炭黑为原料的半导体薄膜及管材被制成微型芯片的包装材料、甘油炸药袋,以及多种医院方面的防静电用途。FDA规定,接触食品的EEA共聚物中EA含量不能超过 8%,然而,较高 EA含量的共聚物可以与其它烯烃聚合物掺合,从而使混合料中的 EA含量低于 8%,满足 FDA的规定。而同时,混合料还必须满足FDA中177?1520条款对聚烯烃浸取物的限制。