熱塑性彈性體(TPE)是通用型耐久材料，與傳統(tǒng)的熱固性體系相比，它們有許多獨(dú)特的優(yōu)越性。這些優(yōu)越性不僅體現(xiàn)在物理性質(zhì)方面，而且體現(xiàn)在各種工藝過(guò)程所實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益方面。

TPE的優(yōu)點(diǎn)：

• 無(wú)需混煉

• 無(wú)需硫化

• 成型時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)型熱塑性塑料加工設(shè)備

• 加工快速(加工周期短)

• 熱穩(wěn)定性強(qiáng)

• 可回收利用

• 染色深度范圍廣

• 可供應(yīng)透明的品種

• 可上漆

• 可印刷

• 可焊接

• 可用重疊模塑的方式成型在各種基底材料上

• 可發(fā)泡成型

至于何種TPE 最適合于某一特定的應(yīng)用，則取決于所尋求的目標(biāo)性質(zhì)以及即將采取的工藝步驟。雖然存在各種各樣的TPE，本加工指南只對(duì)三種體系的TPE 作基本介紹：苯乙烯類(lèi)嵌段共聚物(SBC)、熱塑性硫化膠(TPV)，以及熱塑性聚氨酯(TPU)。

TPE的加工：

SBC、TPV 及TPU的注射模塑

TPE 可以用標(biāo)準(zhǔn)型熱塑性塑料加工設(shè)備來(lái)加工。雖然柱塞式注塑機(jī)已成功地用于加工某些TPE，我們還是推薦采用傳統(tǒng)的往復(fù)式螺桿注塑機(jī)來(lái)加工此類(lèi)材料。

SBC、TPV 及TPU的擠壓成型

同注射模塑一樣，TPE 的擠壓成型也可以用通用型螺桿來(lái)成功地實(shí)現(xiàn)。除了擠壓方面，其它需要考慮的因素如下：

螺桿設(shè)計(jì)考慮因素

• 采用單級(jí)、三區(qū)式聚烯烴類(lèi)計(jì)量螺桿

• 長(zhǎng)徑比至少為24:1(用于TPV 和SBC)

• 對(duì)于厚壁擠壓，長(zhǎng)徑比至少為24:1(用于TPU)

• 對(duì)于薄壁擠壓，長(zhǎng)徑比至少為30:1(用于TPU)

• 壓縮比為 2.5:1 至3:1

• 推薦在加料喉管處進(jìn)行冷卻

• 要避免采用螺桿冷卻

• 采用平板式模頭時(shí)，要避免死角或滯流區(qū)

SBC、TPV 及TPU的干燥

水分既能造成加工方面的問(wèn)題，也能造成外觀(guān)方面的問(wèn)題。由于SBC、TPV 及TPU 在化學(xué)性質(zhì)方面的區(qū)別，加工時(shí)需考慮到不同的干燥因素。TPE 的干燥方式直接取決于TPE 的吸濕特性。

TPV 和TPU 與SBC 相比，相當(dāng)容易吸濕，故推薦使用干燥劑進(jìn)行干燥。盡管SBC 不吸收水分，而且通常不必干燥也能順利地成型，但如果注塑成型后外觀(guān)方面的問(wèn)題很明顯時(shí)(表面難看)，也許有必要進(jìn)行干燥。

SBC的干燥

由于SBC 不吸收水分，故通常不需要進(jìn)行干燥。在某些外觀(guān)是很關(guān)鍵的應(yīng)用中，在加工SBC 前用熱空氣在125°F (50°C) 的溫度下干燥2 至4 小時(shí)，可稍微得到一些改善。

SBC、TPV 和TPU回收料利用方面的考慮

很多TPE 的澆道、流道結(jié)塊及廢零件，都可以在粉碎后重新利用。這種特殊的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，是傳統(tǒng)的熱固性體系無(wú)法與之相比的。

在粉碎T(mén)PE 時(shí)，由于它們的各種軟品種具有高延伸率和高抗撕裂強(qiáng)度等特性，故需要用高質(zhì)量的粉碎機(jī)把它們完全地粉碎。只有那些具有高質(zhì)量支承軸承和堅(jiān)固框架的粉碎機(jī)，才能維持所必需的公差精度，從而保證旋轉(zhuǎn)刀和固定刀床之間所必需保持的間隙。在粉碎T(mén)PE 時(shí)，每次只能將少量的廢零件加入粉碎機(jī)。若加入太多的廢零件，則會(huì)使熱量在粉碎機(jī)中積聚，從而使粉碎過(guò)程變得困難。過(guò)分的熱量積聚，會(huì)導(dǎo)致材料重新結(jié)塊，或堵塞。

粉碎后的SBC 的摻混比例

我們總是推薦，由加工者針對(duì)其特定的應(yīng)用，來(lái)確定粉碎料與新原料之間的恰當(dāng)摻混比例。業(yè)已發(fā)現(xiàn)確定此比例的一個(gè)好的起點(diǎn)是，將25％的粉碎料與新的SBC 摻混。然后根據(jù)所得到的性能和所預(yù)期的性能，再提高或降低這一比例。

粉碎后的TPV 的摻混比例

如前所述，我們總是推薦，由加工者針對(duì)其特定的應(yīng)用，來(lái)確定粉碎料與新原料之間的恰當(dāng)摻混比例。業(yè)已發(fā)現(xiàn)確定此比例的一個(gè)好的起點(diǎn)是，將20％的TPV 粉碎料與新的TPV 摻混。然后根據(jù)所得到的性能和所預(yù)期的性能，再提高或降低這一比例。請(qǐng)注意，在加工前，粉碎的TPV 必須與新的TPV 一樣進(jìn)行干燥。

粉碎后的TPU的摻混比例

同樣地，我們總是推薦，由加工者針對(duì)其特定的應(yīng)用，來(lái)確定粉碎料與新原料之間的恰當(dāng)摻混比例。業(yè)已發(fā)現(xiàn)確定此比例的一個(gè)好的起點(diǎn)是，將15％的TPU 粉碎料與新的TPU 摻混。然后根據(jù)所得到的性能和所預(yù)期的性能，再提高或降低這一比例。請(qǐng)注意，在加工前，粉碎的TPU 必須與新的TPU一樣進(jìn)行干燥。

建議采用的SBC、TPV 和TPU粉碎料的起始摻混比例

TPE體系  粉碎料/新原料的起始比例      說(shuō)明

SBC          25/75      此比例取決于產(chǎn)品性能

TPV          20/80      此比例取決于產(chǎn)品性能

TPU          15/85      此比例取決于產(chǎn)品性能

采用注射模塑時(shí)對(duì)于工件結(jié)構(gòu)的考慮

模具類(lèi)型

兩板式和三板式的模具結(jié)構(gòu)被普遍地用于TPE。熱流道模具和疊層式模具也可用于TPE。熱尖式和閥門(mén)式澆口也可使用。但不推薦使用自我絕熱式熱流道模具。

與低導(dǎo)熱性的模具相比，用高導(dǎo)熱性金屬所制成的模具，可使TPE 達(dá)到較短的循環(huán)周期。對(duì)于原型和使用次數(shù)有限的模具，可使用鋁制模具。由于銅鈹合金的傳熱效率是鋼的兩倍，如果適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行冷卻，它將會(huì)縮短循環(huán)周期。銅鈹合金可用于制造吹塑用模具和某些注塑用模具。預(yù)硬化鋼(P20)所制成的注塑模具是非常耐用的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)具有較低的按工件計(jì)平均成本。經(jīng)二次硬化處理和研磨的模具則最為耐用。

TPE 相對(duì)于大多數(shù)模具材料的摩擦系數(shù)均很高，并傾向于粘附在無(wú)拔模斜度的模腔內(nèi)，或收縮在長(zhǎng)的型芯材料上。TPE 從表面經(jīng)過(guò)噴沙處理或放電加工處理的模具脫模較易。表面經(jīng)過(guò)噴丸處理的鋼材，則達(dá)到了很好的效果。較大的拔模斜度(每面3.0 度)也許會(huì)有所幫助，或許還有必要在模具表面涂一層脫模涂料。聚四氟乙烯或二硫化鉬類(lèi)型的浸漬模具涂層，對(duì)于較軟的TPE 會(huì)有些幫助。某些混煉物里則含有內(nèi)在的脫模劑。

壁厚

為了適應(yīng)產(chǎn)品功能方面的需要，工件的壁厚可能得有所變化，但應(yīng)盡可能地保持均勻，以達(dá)到最優(yōu)化的加工周期，并減少出現(xiàn)塌陷和流動(dòng)痕跡的可能。壁厚的變化應(yīng)該是逐漸性的過(guò)渡(或至少是弧度形的過(guò)渡)，以利于流動(dòng)狀態(tài)的過(guò)渡。工件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)，以及澆口的位置應(yīng)予以綜合考慮，便于物料從較厚的部分流入較薄的部分，從而達(dá)到最佳的外觀(guān)和工藝裕度。

對(duì)于壁厚變化很大及從薄壁部分向厚壁部分填充的工件，當(dāng)熔體進(jìn)入厚壁部分時(shí)，也許會(huì)脫離模壁。這樣就可能會(huì)產(chǎn)生熔體的反向填充，并造成表面的焊縫線(xiàn)。如果某一段的壁厚變化很大，當(dāng)該段熔體以不同的速率冷卻時(shí)，可導(dǎo)致工件發(fā)生翹曲。如果熔體的流動(dòng)受到模具內(nèi)部或表面的型芯銷(xiāo)、陡坑、或突起之類(lèi)的干擾，也可產(chǎn)生流痕或渦痕。使用表面有紋理或毛面的模具，渦痕和流痕線(xiàn)則可能被掩飾掉或減少到最低程度。

澆口的設(shè)計(jì)和位置

TPV 和SBC 均是具有切變稀化特性的材料。因此，它們得益于澆口處的剪切應(yīng)力，使得模腔的填充較為容易。推薦使用直徑小而且短的澆口。對(duì)于TPV 和SBC，建議澆口尺寸為被填充部分壁厚的20 至30%。

TPU 不具有切變稀化的特性。橫截面積較大的澆口使得物料能自由地流動(dòng)，而且壓力損失為最小。推薦TPU澆口的尺寸至少為模壁最厚處的50%。對(duì)于TPU 的加工，高度推薦采用扇形澆口和突緣澆口，而不推薦采用針形澆口。我們還推薦要盡量縮短澆口的長(zhǎng)度。很多常見(jiàn)的問(wèn)題，如填充不足/堆積以及尺寸控制不好等，往往與澆口的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)。澆口的位置極為重要，為了得到美觀(guān)的工件，需要仔細(xì)地斟酌。通常推薦的澆口位置如下：

澆口應(yīng)位于如下區(qū)域:

• 處于橫截面最大的部分，以保證充分填滿(mǎn)并消除塌陷的隱患。

• 使得澆口附近的殘余模塑應(yīng)力不會(huì)影響工件的性能。

• 使得可能產(chǎn)生的焊縫線(xiàn)被減少到最低限度。

• 使得在外觀(guān)最關(guān)鍵的部位可能產(chǎn)生的流痕線(xiàn)被減少到最低限度。

• 可以達(dá)到澆口的人工切除和自動(dòng)切除

• 流動(dòng)途徑和所受的干擾 (如圍繞型芯和型芯銷(xiāo)的渦流) 被減到最低限度。

• 使得有可能采用隧道式澆口，以便實(shí)現(xiàn)澆口的自動(dòng)切除

流道

模具的平衡很重要，要使得所有的模腔能同時(shí)并在同樣的壓力下被填滿(mǎn)。如果模具不平衡，某些模腔也許還未被填滿(mǎn)，而其它模腔卻已被過(guò)分地填滿(mǎn)或發(fā)生溢料。 工件可能會(huì)變形或翹曲。

最好是采用全圓形的、梯形的、或變相梯形的流道。應(yīng)避免采用半圓形的流道。流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能地短。通常采用帶有閥門(mén)式澆口的熱流道系統(tǒng)，以減少澆口殘余并縮短循環(huán)周期。主流道尺寸應(yīng)足夠地大，使得熔體進(jìn)入模腔前的壓降能減到最小。在流道所有的轉(zhuǎn)折部分，均應(yīng)設(shè)置冷料收集井。

澆道

澆道應(yīng)盡可能地短，并順注射方向拋光。為了縮短循環(huán)周期和消除軟品種粘結(jié)在澆道上的現(xiàn)象，往往使用熱的澆道套管。在用硬度較高的材料所制工件的設(shè)計(jì)中，根據(jù)TPE 的品種和軟硬程度(材料的柔軟性)，將使用錐形、Z 形拉鉤以及“圣誕樹(shù)” 形的澆道拉鉤。

將TPE與其它材料結(jié)合：粘結(jié)和重疊模塑

TPE 經(jīng)常用于生產(chǎn)軟的或彈性的人機(jī)接觸介面材料，以包覆在較硬的結(jié)構(gòu)件上?？梢詫PE 用各種各樣的技術(shù)粘結(jié)在該結(jié)構(gòu)件上，也可以將TPE 用“插入”模塑或“多次注射”的方式，“重疊模塑”在工程材料上。

TPE 的粘結(jié)

TPE 可以用各種各樣的技術(shù)來(lái)粘結(jié)。以下所列的是用于TPE 的各種不同技術(shù)：

非注射模塑的粘結(jié)技術(shù)

• 粘結(jié)劑

• 熱粘結(jié)

• 電磁場(chǎng)(emf)

• 射頻(rf)

• 熱封貼膜

• 溶劑

• 摩擦和摩擦焊接

• 超聲焊接

用于TPU 最普遍的是射頻、超聲焊接、溶劑以及熱壓技術(shù)。典型的應(yīng)用包括足球膽、閥門(mén)和傳送帶。

重疊模塑

重疊模塑將兩種材料在制造過(guò)程中結(jié)合為一個(gè)整體，而不需要采用諸如膠粘或焊接的第二步操作。TPE 經(jīng)常用于生產(chǎn)軟的或彈性的人機(jī)接觸介面材料，包覆在較硬的結(jié)構(gòu)件上。如果這些材料在化學(xué)上是互相兼容的，那么在兩種材料之間可能會(huì)產(chǎn)生鍵合，而不需要機(jī)械上的連結(jié)。

插入模塑

這類(lèi)重疊模塑是通過(guò)所謂插入模塑的兩階段操作來(lái)完成的。剛性較大的工件在第一臺(tái)機(jī)器上制造，而彈性體則是在第二臺(tái)機(jī)器上以注射模塑的方式包覆在該工件上。模具和工件的結(jié)構(gòu)有一定的限制。此剛性工件必須很好地固定住，而且具有足夠的剛性，使得當(dāng)彈性體進(jìn)入模具并沖擊到此工件上時(shí)，它能抵抗很高的液壓力。穿梭式成型機(jī)或回轉(zhuǎn)式成型機(jī)被普遍地得到使用。當(dāng)基底材料是金屬或熱固性材料時(shí)，或基底材料需要涂底層涂料時(shí)，可采用插入模塑。當(dāng)不具備多次注射設(shè)備時(shí)，也可采用插入模塑。

多次注射(兩種材料模塑)

這類(lèi)重疊模塑工藝使用一臺(tái)專(zhuān)門(mén)的機(jī)器，它具有多個(gè)塑料加工機(jī)筒和一套圍繞樞紐轉(zhuǎn)動(dòng)的模具。多次注射模塑要求所有的組分均為熱塑性塑料。

TPE的上漆/印刷/打標(biāo)

所有的TPE 均可以上漆、印刷，并可采用各種技術(shù)來(lái)打印標(biāo)記，包括傳統(tǒng)的移印或激光打標(biāo)。具體使用哪種技術(shù)將取決于TPE 的類(lèi)型和用途。在本指南中所討論的三種TPE 中，TPU 是最容易上漆和印刷的。TPU 不需要涂底層涂料，并與傳統(tǒng)的乙烯基油墨配合得很好。

吹塑成型

與熱固性橡膠不同，SBC 和TPV 可用擠壓或注射吹塑成型的方式來(lái)制造中空的物件。吹塑成型要求熔體具有高粘度(低流動(dòng)性)及高熔體強(qiáng)度。SBC 和TPV 在以擠壓吹塑成型的方式，進(jìn)行低切變(低速)加工時(shí)，顯示了高熔體強(qiáng)度和高粘度。此方法最好是用于成型在堅(jiān)硬的型芯上、但隨后該型芯又必須除去的應(yīng)用。連續(xù)式的擠壓和間歇式的型坯料滴法是被普遍采用的。關(guān)于此替代方法的進(jìn)一步資料，請(qǐng)與您的TPE 供應(yīng)商聯(lián)系。

壓縮模塑

對(duì)于因設(shè)計(jì)或制造成本方面的原因，不能采用注射模塑來(lái)制造的工件，壓縮模塑是加工TPE 的一種替代方法。壓縮模塑所制造的TPE 工件，沒(méi)有模塑應(yīng)力，而且在很廣的溫度范圍內(nèi)其尺寸均很穩(wěn)定。由于壓縮模塑是兩維的，設(shè)計(jì)上的靈活性也許有限。關(guān)于此替代方法的進(jìn)一步資料，請(qǐng)與您的TPE供應(yīng)商聯(lián)系。

發(fā)泡成型

SBC、TPV 以及TPU 均可以發(fā)泡方式成型。有很多種技術(shù)被用來(lái)生產(chǎn)泡沫TPE。當(dāng)一種關(guān)鍵性氣體在聚合物基體內(nèi)膨脹時(shí)，便產(chǎn)生了蜂窩狀結(jié)構(gòu)(泡沫)。至于如何將該氣體引入聚合物，正是區(qū)分各種不同技術(shù)的微妙之處。

用于TPE 的發(fā)泡技術(shù)

• 水注射

• 氣體注射

• 經(jīng)混煉加入的化學(xué)發(fā)泡劑

• 經(jīng)摻混加入的干型化學(xué)發(fā)泡劑

目前，TPV 是用水注射、經(jīng)混煉加入的化學(xué)發(fā)泡劑、經(jīng)摻混加入的干型化學(xué)發(fā)泡劑，以及在機(jī)器內(nèi)摻混加入的化學(xué)發(fā)泡劑來(lái)發(fā)泡成型的。泡沫SBC 是用干的、經(jīng)摻混加入的化學(xué)發(fā)泡劑和氣體注射的方式而制成的。TPU是用各加工廠(chǎng)商各自選擇的發(fā)泡劑和方法來(lái)發(fā)泡成型的。

溶液加工

SBC 和TPU 可以溶解在很多種溶劑內(nèi)，用作溶液涂料、溶劑粘結(jié)劑體系，以及噴霧型涂料。通常，這些TPE 溶液的固含量可達(dá)15% 。這些溶液的加工時(shí)間取決于溫度及所用的混合溶劑。溶液加工的TPE 例子有：錄音帶、錄像帶、家具的表面涂層、纖維涂層，以及作為底層涂料的粘結(jié)劑。