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熱塑性聚酯彈性體(
TPEE)又稱聚酯橡膠,是一類含有PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段和脂肪族聚酯或聚醚軟段的線型嵌段共聚物。TPEE兼具橡膠優(yōu)良的彈性和熱塑性塑料的易加工性,軟硬度可調(diào),設(shè)計自由,是熱塑性彈性體中倍受關(guān)注的新品種。那么TPEE物理化學(xué)性能有哪幾種?
1、力學(xué)性能
通過對軟硬段比例的調(diào)節(jié),聚醚酯彈性體的硬度可以從邵氏D(32~82),其彈性和強度介于橡膠和塑料之間。與其它熱塑性彈性體TPE相比,在低應(yīng)變條件下聚醚酯彈性體模量比相同硬度的其它熱塑性彈性體高。當以模量為重要的設(shè)計條件時,用聚醚酯彈性體可縮小制品的橫截面積,減少材料用量。
聚醚酯彈性體具有極高的拉伸強度。與聚氨酯(TPU)相比,聚醚酯彈性體壓縮模量與拉伸模量要高得多,用相同硬度的聚醚酯彈性體和TPU制作同一零件,前者可以承受更大的負載。在室溫以上,聚醚酯彈性體彎曲模量很高,而低溫時又不象TPU那樣過于堅硬,因而適宜制作懸臂梁或扭矩型部件,特別適合制作高溫部件。
聚醚酯彈性體低溫柔順性好,低溫缺口沖擊強度優(yōu)于其他TPE,耐磨耗性與TPU相當。在低應(yīng)變條件下,聚醚酯彈性體具有優(yōu)異的耐疲勞性能,且滯后損失少,這一特點與高彈性相結(jié)合,使該材料成為多次循環(huán)負載使用條件下的理想材料,齒輪、膠輥、撓性聯(lián)軸節(jié)、皮帶均可采用。
2、熱性能
聚醚酯熱塑性彈性體如果不添加抗氧劑,在很多條件下,如水霧、臭氧、室外大氣等,會很快降解,使其粘度和相對分子量降低,材料斷裂伸長率下降,瞬時彈性恢復(fù)率變差。聚醚酯的這種降解反應(yīng)是一種自由基反應(yīng),可能是由于聚合物鏈中與聚醚氧原子相連的碳原子受到了攻擊。
聚醚酯彈性體斷鏈時生成甲醛,甲醛被氧化成甲酸,甲酸又反過來促進斷鏈。要提高聚醚酯彈性體的抗氧化降解能力,可以采用適當?shù)姆€(wěn)定化方法,添加的穩(wěn)定劑體系應(yīng)包括自由基捕捉劑、過氧化物分解劑以及甲醛捕捉劑。
聚醚酯彈性體具有優(yōu)異的耐熱性能,硬度越高,耐熱性越好。文獻報道聚醚酯彈性體在110℃和140℃連續(xù)加熱10小時基本不失重,在160℃和180℃分別加熱10小時,失重也僅為0.05%和0.1%。等速升溫曲線表明,聚醚酯彈性體在250℃開始失重,到300℃累計失重5%,至400℃則發(fā)生明顯失重。
因而聚醚酯彈性體的使用上限溫度非常高,短期使用溫度更高,能適應(yīng)汽車生產(chǎn)線上的烘漆溫度(150~160℃),并且它在高低溫下機械性能損失小。聚醚酯彈性體在120℃以上使用,其拉伸強度遠遠高于TPU。
此外,聚醚酯彈性體還具有出色的耐低溫性能。聚醚酯彈性體脆點低于 -70℃,并且硬度越低,耐寒性越好,大部分聚醚酯彈性體可在-40℃下長期使用。由于聚醚酯彈性體在高、低溫時表現(xiàn)出的均衡性能,它的工作溫度范圍非常寬,可在-70~200℃使用。
3、耐化學(xué)介質(zhì)性
聚醚酯彈性體具有極佳的耐油性,在室溫下能耐大多數(shù)極性液體化學(xué)介質(zhì)(如酸、堿、胺及二醇類化合物),但對鹵代烴(氟里昂除外)及酚類的作用卻無能為力,其耐化學(xué)品的能力隨其硬度的提高而提高。聚醚酯彈性體對大多數(shù)有機溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗?jié)B透性能是好的,對燃油滲透性僅為氯丁膠、氯磺化聚乙烯、丁腈膠等耐油橡膠的1/3~1/300。
但聚醚酯彈性體耐熱水性較差,添加聚碳酰亞胺穩(wěn)定劑可以明顯改善其抗水解性能。據(jù)報道,在聚醚酯彈性體分子鏈中的PBT硬段引進PEN或PCT,可以獲得耐水性和耐熱性更好的聚醚酯彈性體。
4、耐候性與耐老化性
聚醚酯彈性體在很多不同條件下,如在水霧、臭氧、室外大氣老化等條件下,化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。像大多數(shù)TPE一樣,在紫外光作用下會發(fā)生降解(310nm以下的紫外光是降解的一個主要因素),因此對于室外應(yīng)用或制品受陽光照射的條件,配方中應(yīng)添加紫外光防護助劑,其中包括炭黑和各種顏料或其它屏蔽材料。酚類防老劑和苯并三唑型紫外光屏蔽劑并用,能夠有效地起到防護紫外光老化。
光和熱導(dǎo)致的氧化是聚醚酯彈性體降解老化的兩個主要因素,PEG-PBT共聚酯耐熱及耐光性均差,熱氧化降解和光老化降解非常嚴重。升溫加速降解。隨老化過程中分子量的降低,材料斷裂伸長下降,瞬時彈性恢復(fù)率變差。
此外,聚醚酯彈性體還具有不同程度的水解性,聚醚酯彈性體在水中產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng),形成凝膠的量增多。PEG-PBT共聚酯作為生物材料支架植入體內(nèi),正是利用了它易于水解降解的特性。PEG-PBT共聚酯在水中降解并服從水解機理,即H2O分子進攻PEG、PBT之間的酯基而斷鏈,降解產(chǎn)物為PEG和低分子量的PBT;降解速率受組成、溫度、pH值、酶等因素影響,PEG含量、溫度、pH值越高,降解速率越快,通過調(diào)節(jié)兩種組分含量可滿足不同用途對降解速率的要求。
5、高回彈性
將TPEE材料應(yīng)用到彈簧中,可使彈簧具有很長的使用壽命,能夠幫助火車很平穩(wěn)地啟動、加速、減速以及停止等。和金屬彈簧所不同的是,它不會生銹、也不會在自然環(huán)境條件下發(fā)生惡化、或者造成彈性破裂和損失等。而與橡膠材料相比,具有更大的重復(fù)使用性,還能保持很好的彈性。