热塑性弹性体加工指南
热塑性弹性体(TPE)是通用型耐久材料，与传统的热固性体系相比，它们有许多独特的优越性。这些优越性不仅体现在物理性质方面，而且体现在各种工艺过程所实现的经济效益方面。
TPE的优点
?无需混炼
?无需硫化
?成型时使用标准型热塑性塑料加工设备
?加工快速(加工周期短)
?热稳定性强
?可回收利用
?染色深度范围广
?可供应透明的品种
?可上漆
?可印刷
?可焊接
?可用重叠模塑的方式成型在各种基底材料上
?可发泡成型
至于何种TPE最适合于某一特定的应用，则取决于所寻求的目标性质以及即将采取的工艺步骤。虽然存在各种各样的TPE，本加工指南只对三种体系的TPE作基本介绍：苯乙烯类嵌段共聚物(SBC)、热塑性硫化胶(TPV)，以及热塑性聚氨酯(TPU)。
TPE的加工
SBC、TPV及TPU的注射模塑
TPE可以用标准型热塑性塑料加工设备来加工。虽然柱塞式注塑机已成功地用于加工某些TPE，我们还是推荐采用传统的往复式螺杆注塑机来加工此类材料。
SBC、TPV及TPU的挤压成型
同注射模塑一样，TPE的挤压成型也可以用通用型螺杆来成功地实现。除了挤压方面，其它需要考虑的因素如下：
螺杆设计考虑因素
?采用单级、三区式聚烯烃类计量螺杆
?长径比至少为24:1(用于TPV和SBC)
?对于厚壁挤压，长径比至少为24:1(用于TPU)
?对于薄壁挤压，长径比至少为30:1(用于TPU)
?压缩比为2.5:1至3:1
?推荐在加料喉管处进行冷却
?要避免采用螺杆冷却
?采用平板式模头时，要避免死角或滞流区
SBC、TPV及TPU的干燥
水分既能造成加工方面的问题，也能造成外观方面的问题。由于SBC、TPV及TPU在化学性质方面的区别，加工时需考虑到不同的干燥因素。TPE的干燥方式直接取决于TPE的吸湿特性。
TPV和TPU与SBC相比，相当容易吸湿，故推荐使用干燥剂进行干燥。尽管SBC不吸收水分，而且通常不必干燥也能顺利地成型，但如果注塑成型后外观方面的问题很明显时(表面难看)，也许有必要进行干燥。
SBC的干燥
由于SBC不吸收水分，故通常不需要进行干燥。在某些外观是很关键的应用中，在加工SBC前用热空气在°F(50°C)的温度下干燥2至4小时，可稍微得到一些改善。
SBC、TPV和TPU回收料利用方面的考虑
很多TPE的浇道、流道结块及废零件，都可以在粉碎后重新利用。这种特殊的经济优越性，是传统的热固性体系无法与之相比的。
在粉碎TPE时，由于它们的各种软品种具有高延伸率和高抗撕裂强度等特性，故需要用高质量的粉碎机把它们完全地粉碎。只有那些具有高质量支承轴承和坚固框架的粉碎机，才能维持所必需的公差精度，从而保证旋转刀和固定刀床之间所必需保持的间隙。在粉碎TPE时，每次只能将少量的废零件加入粉碎机。若加入太多的废零件，则会使热量在粉碎机中积聚，从而使粉碎过程变得困难。过分的热量积聚，会导致材料重新结块，或堵塞。
粉碎后的SBC的掺混比例
我们总是推荐，由加工者针对其特定的应用，来确定粉碎料与新原料之间的恰当掺混比例。业已发现确定此比例的一个好的起点是，将25％的粉碎料与新的SBC掺混。然后根据所得到的性能和所预期的性能，再提高或降低这一比例。
粉碎后的TPV的掺混比例
如前所述，我们总是推荐，由加工者针对其特定的应用，来确定粉碎料与新原料之间的恰当掺混比例。业已发现确定此比例的一个好的起点是，将20％的TPV粉碎料与新的TPV掺混。然后根据所得到的性能和所预期的性能，再提高或降低这一比例。请注意，在加工前，粉碎的TPV必须与新的TPV一样进行干燥。
粉碎后的TPU的掺混比例
同样地，我们总是推荐，由加工者针对其特定的应用，来确定粉碎料与新原料之间的恰当掺混比例。业已发现确定此比例的一个好的起点是，将15％的TPU粉碎料与新的TPU掺混。然后根据所得到的性能和所预期的性能，再提高或降低这一比例。请注意，在加工前，粉碎的TPU必须与新的TPU一样进行干燥。
建议采用的SBC、TPV和TPU粉碎料的起始掺混比例
TPE体系粉碎料/新原料的起始比例说明
SBC25/75此比例取决于产品性能
TPV20/80此比例取决于产品性能
TPU15/85此比例取决于产品性能
采用注射模塑时对于工件结构的考虑
模具类型
两板式和三板式的模具结构被普遍地用于TPE。热流道模具和叠层式模具也可用于TPE。热尖式和阀门式浇口也可使用。但不推荐使用自我绝热式热流道模具。
与低导热性的模具相比，用高导热性金属所制成的模具，可使TPE达到较短的循环周期。对于原型和使用次数有限的模具，可使用铝制模具。由于铜铍合金的传热效率是钢的两倍，如果适当地进行冷却，它将会缩短循环周期。铜铍合金可用于制造吹塑用模具和某些注塑用模具。预硬化钢(P20)所制成的注塑模具是非常耐用的，从长远来说具有较低的按工件计平均成本。经二次硬化处理和研磨的模具则最为耐用。
TPE相对于大多数模具材料的摩擦系数均很高，并倾向于粘附在无拔模斜度的模腔内，或收缩在长的型芯材料上。TPE从表面经过喷沙处理或放电加工处理的模具脱模较易。表面经过喷丸处理的钢材，则达到了很好的效果。较大的拔模斜度(每面3.0度)也许会有所帮助，或许还有必要在模具表面涂一层脱模涂料。聚四氟乙烯或二硫化钼类型的浸渍模具涂层，对于较软的TPE会有些帮助。某些混炼物里则含有内在的脱模剂。
壁厚
为了适应产品功能方面的需要，工件的壁厚可能得有所变化，但应尽可能地保持均匀，以达到最优化的加工周期，并减少出现塌陷和流动痕迹的可能。壁厚的变化应该是逐渐性的过渡(或至少是弧度形的过渡)，以利于流动状态的过渡。工件结构、模具结构，以及浇口的位置应予以综合考虑，便于物料从较厚的部分流入较薄的部分，从而达到最佳的外观和工艺裕度。
对于壁厚变化很大及从薄壁部分向厚壁部分填充的工件，当熔体进入厚壁部分时，也许会脱离模壁。这样就可能会产生熔体的反向填充，并造成表面的焊缝线。如果某一段的壁厚变化很大，当该段熔体以不同的速率冷却时，可导致工件发生翘曲。如果熔体的流动受到模具内部或表面的型芯销、陡坑、或突起之类的干扰，也可产生流痕或涡痕。使用表面有纹理或毛面的模具，涡痕和流痕线则可能被掩饰掉或减少到最低程度。
浇口的设计和位置
TPV和SBC均是具有切变稀化特性的材料。因此，它们得益于浇口处的剪切应力，使得模腔的填充较为容易。推荐使用直径小而且短的浇口。对于TPV和SBC，建议浇口尺寸为被填充部分壁厚的20至30%。
TPU不具有切变稀化的特性。横截面积较大的浇口使得物料能自由地流动，而且压力损失为最小。推荐TPU浇口的尺寸至少为模壁最厚处的50%。对于TPU的加工，高度推荐采用扇形浇口和突缘浇口，而不推荐采用针形浇口。我们还推荐要尽量缩短浇口的长度。很多常见的问题，如填充不足/堆积以及尺寸控制不好等，往往与浇口的尺寸和结构有关。浇口的位置极为重要，为了得到美观的工件，需要仔细地斟酌。通常推荐的浇口位置如下：
浇口应位于如下区域:
?处于横截面最大的部分，以保证充分填满并消除塌陷的隐患。
?使得浇口附近的残余模塑应力不会影响工件的性能。
?使得可能产生的焊缝线被减少到最低限度。
?使得在外观最关键的部位可能产生的流痕线被减少到最低限度。
?可以达到浇口的人工切除和自动切除
?流动途径和所受的干扰(如围绕型芯和型芯销的涡流)被减到最低限度。
?使得有可能采用隧道式浇口，以便实现浇口的自动切除
流道
模具的平衡很重要，要使得所有的模腔能同时并在同样的压力下被填满。如果模具不平衡，某些模腔也许还未被填满，而其它模腔却已被过分地填满或发生溢料。工件可能会变形或翘曲。
最好是采用全圆形的、梯形的、或变相梯形的流道。应避免采用半圆形的流道。流道的长度应尽可能地短。通常采用带有阀门式浇口的热流道系统，以减少浇口残余并缩短循环周期。主流道尺寸应足够地大，使得熔体进入模腔前的压降能减到最小。在流道所有的转折部分，均应设置冷料收集井。
浇道
浇道应尽可能地短，并顺注射方向抛光。为了缩短循环周期和消除软品种粘结在浇道上的现象，往往使用热的浇道套管。在用硬度较高的材料所制工件的设计中，根据TPE的品种和软硬程度(材料的柔软性)，将使用锥形、Z形拉钩以及“圣诞树”形的浇道拉钩。
将TPE与其它材料结合：粘结和重叠模塑
TPE经常用于生产软的或弹性的人机接触介面材料，以包覆在较硬的结构件上。可以将TPE用各种各样的技术粘结在该结构件上，也可以将TPE用“插入”模塑或“多次注射”的方式，“重叠模塑”在工程材料上。
TPE的粘结
TPE可以用各种各样的技术来粘结。以下所列的是用于TPE的各种不同技术：
非注射模塑的粘结技术
?粘结剂
?热粘结
?电磁场(emf)
?射频(rf)
?热封贴膜
?溶剂
?摩擦和摩擦焊接
?超声焊接
用于TPU最普遍的是射频、超声焊接、溶剂以及热压技术。典型的应用包括足球胆、阀门和传送带。
重叠模塑
重叠模塑将两种材料在制造过程中结合为一个整体，而不需要采用诸如胶粘或焊接的第二步操作。TPE经常用于生产软的或弹性的人机接触介面材料，包覆在较硬的结构件上。如果这些材料在化学上是互相兼容的，那么在两种材料之间可能会产生键合，而不需要机械上的连结。
插入模塑
这类重叠模塑是通过所谓插入模塑的两阶段操作来完成的。刚性较大的工件在第一台机器上制造，而弹性体则是在第二台机器上以注射模塑的方式包覆在该工件上。模具和工件的结构有一定的限制。此刚性工件必须很好地固定住，而且具有足够的刚性，使得当弹性体进入模具并冲击到此工件上时，它能抵抗很高的液压力。穿梭式成型机或回转式成型机被普遍地得到使用。当基底材料是金属或热固性材料时，或基底材料需要涂底层涂料时，可采用插入模塑。当不具备多次注射设备时，也可采用插入模塑。
多次注射(两种材料模塑)
这类重叠模塑工艺使用一台专门的机器，它具有多个塑料加工机筒和一套围绕枢纽转动的模具。多次注射模塑要求所有的组分均为热塑性塑料。
TPE的上漆/印刷/打标
所有的TPE均可以上漆、印刷，并可采用各种技术来打印标记，包括传统的移印或激光打标。具体使用哪种技术将取决于TPE的类型和用途。在本指南中所讨论的三种TPE中，TPU是最容易上漆和印刷的。TPU不需要涂底层涂料，并与传统的乙烯基油墨配合得很好。
吹塑成型
与热固性橡胶不同，SBC和TPV可用挤压或注射吹塑成型的方式来制造中空的物件。吹塑成型要求熔体具有高粘度(低流动性)及高熔体强度。SBC和TPV在以挤压吹塑成型的方式，进行低切变(低速)加工时，显示了高熔体强度和高粘度。此方法最好是用于成型在坚硬的型芯上、但随后该型芯又必须除去的应用。连续式的挤压和间歇式的型坯料滴法是被普遍采用的。关于此替代方法的进一步资料，请与您的TPE供应商联系。
压缩模塑
对于因设计或制造成本方面的原因，不能采用注射模塑来制造的工件，压缩模塑是加工TPE的一种替代方法。压缩模塑所制造的TPE工件，没有模塑应力，而且在很广的温度范围内其尺寸均很稳定。由于压缩模塑是两维的，设计上的灵活性也许有限。关于此替代方法的进一步资料，请与您的TPE供应商联系。
发泡成型
SBC、TPV以及TPU均可以发泡方式成型。有很多种技术被用来生产泡沫TPE。当一种关键性气体在聚合物基体内膨胀时，便产生了蜂窝状结构(泡沫)。至于如何将该气体引入聚合物，正是区分各种不同技术的微妙之处。
用于TPE的发泡技术
?水注射
?气体注射
?经混炼加入的化学发泡剂
?经掺混加入的干型化学发泡剂
目前，TPV是用水注射、经混炼加入的化学发泡剂、经掺混加入的干型化学发泡剂，以及在机器内掺混加入的化学发泡剂来发泡成型的。泡沫SBC是用干的、经掺混加入的化学发泡剂和气体注射的方式而制成的。TPU是用各加工厂商各自选择的发泡剂和方法来发泡成型的。
溶液加工
SBC和TPU可以溶解在很多种溶剂内，用作溶液涂料、溶剂粘结剂体系，以及喷雾型涂料。通常，这些TPE溶液的固含量可达15%。这些溶液的加工时间取决于温度及所用的混合溶剂。溶液加工的TPE例子有：录音带、录像带、家具的表面涂层、纤维涂层，以及作为底层涂料的粘结剂。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
联系电话：