尼龙弹性体PEBAX.docx
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尼龙弹性体PEBAX
法国ARKEMA公司尼龙弹性体PEBAX
材料介绍:
嵌段聚醚酰胺弹性体产品,属于工程聚合物,是不含增塑剂的热塑性弹性体。
该产品既具有相当广泛的硬度范围及良好的回弹性,易加工的性能和聚酰胺产品的性质,其显着的加工性能使该产品成为生产部件的理想材料:
优异的柔顺性/软性(范围广,手感、触感好);出众的低温抗冲击性能;由于迟滞性能低,因此具有非常好的动力学性能;
在-40°C至+80°C之间,性质变化很小,低温不硬化;对大多数的化学品有抗腐蚀作用,优异的抗老化和日光暴晒能力。
应用:
由于Pebax产品具有众多特性,所以其应用范围也很广泛模塑用热塑性弹性体(医疗器械,体育用品、汽车和机械工具,电子电器产品)等。
在汽车工业中,它可以用于一些细微部件,大大改进耐曲挠和耐疲劳性,减少断裂,增加回弹和良好的"手感","触感":
遮阳板夹子,门锁复合注塑,挡风玻璃的清洗管道,汽车收音机天线,天线基部。
在运动器材中:
高级登山/运动鞋,手表外壳,球鞋鞋钉/掌,网球拍柄等。
Pebax?
Clear是一种透明的Pebax?
材料,将高透明性和Pebax?
热塑性弹性体的独特性能相结合。
一直以来,Pebax?
的优良性能已是众所皆知,此材料被认为是最轻的热塑性弹性体,在各种温度下皆具备杰出的弯曲抗疲劳强度,极佳之缺口抗冲击性能、并拥有最好之回弹和弹性回复性。
Pebax?
Clear与阿科玛的聚酰胺系列产品完全兼容。
Pebax?
Clear包括两
种不同弯曲模数的产品:
Pebax?
Clear300和Pebax?
Clear400。
易加工
的Pebax?
Clear,运用了所有主体技术,开辟了全新的产品领域,真正做到灵活性、高性能、透明性和外表美观的完美结合。
Pebax?
高科技聚合物乃是25年前由阿科玛的研究人员开发而成,之后不断地精益求精,至今已成为众多国际塑料设备厂商的最佳选择。
Peba--如何同时提供持续性和高性能
作者:
Rene-PaulEustache?
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来源:
RubberWorld
Peba材料是由聚醚和聚酰胺嵌段制备
的嵌段共聚物。
Deleens发现的四醇盐催化剂族的效率使得超高分子量的材料得以生产,并在1981年以Pebax商标推向市场。
它们独特的性能归功于其独特的相分离结构。
其中有一个硬质相,主要包括聚酰胺嵌段,以及软质相,主要包括聚醚嵌段。
由于这两个嵌段是由酯链接在一起的,所以完整的宏观相分离是可以避免的。
Peba的有利性能
由于独特的化学结构,Peba材料具备热塑性弹性体里最折衷的性能,包括:
♦最轻的工程热塑性弹性体;
♦低温下良好和稳定一致的性能;
♦反复形变下没有机械性能的损失,并且抗疲劳;
♦良好的回弹和弹性恢复;
♦精确的尺寸稳定性;以及
♦优秀的加工性能。
直到现在,为了达到使用所要求的性能,获得Peba材料所使用的原料来自
矿物资源,如聚酰胺嵌段和聚氧四甲撑二醇(PTMG的十二醇内酰胺或己内酰胺,聚醚嵌段的聚乙二醇(PEG。
考虑到具有挑战性的环境问题(气候变化,资源枯竭等),我们如今使用的材料中,一个主要的组成部分是碳,即便不是全部,它也主要来自可再生资源,能大大有助于最大限度地减少我们的生态足迹。
(生态足迹描述了人类对自然的需求。
它把人类对自然资源的概念比成地球上生态生产自然资源的能力。
它表示了在现有技术条件下,估算需要多少具备生物生产力的土地和水域,来生产人类需要的资源和吸纳所衍生的废物。
碳足迹可以通过温室气体的排放来衡量人类活动对环境的影响[可靠的气候变化],检测单位是二氧化碳)。
Arkema的PebaxRnew背后面临的挑战是用可再生资源制成一种热塑性弹性体,但是不牺牲Peba材料的杰出性能。
如何构建一种由可再生资源得到的Peba材料
聚酰胺-11(PA11是一种高性能,轻巧的塑料,其中100%勺碳源于可再生资源。
PA11的历史发展源于1938年,JosephZeltner和MichelGenas设
想用undecenoicasid制备PA11单体,undecenoicasid可以通过蓖麻油
得到。
在战争期间,这种工艺取得了零星的进展,真正的试制是在1944年
开始的。
工业规模的单体生产于1955年在法国开始,并得到了聚合单体。
如今,Arkema用RilsanB这个品牌商业化推广了PA11。
RilsanB独特地结合了许多高性能的特性。
相比其它高性能工程塑料,它
表现出了优秀的化学性能,在耐热和耐冲击性方面有非常广的适应能力。
RilsanB被广泛地用于那些需要安全性,耐用性和多功能性的场合,并因
此常在一些高科技应用中被用以替代金属或橡胶,以节约成本。
PA11和PA12之间存在一个有趣的差异,除了PA11来源于可再生资源,众所周知的是它们在结晶上的差异。
事实上,PA11作为不成对的聚酰胺,其基本晶格理论上可以与-CONH组通过氢键形成一个平行或反平行的链结构。
根据不同的冷却过程,晶体都将
有一个六角形的排列,或者是三斜的。
通常情况下两者是在PA11中共同存在的。
而在PA12中,只有反平行的结构,这是由于其碳数量是偶数,以及
额外的扭动链导致的单斜结构(如图1)
图1、酰胺11(a)和聚酰胺12(b)的晶体结构
介观尺度上,这两种材料显示出了明显的差异,如图2所示。
可以在PA11
中看到环状的球晶,而PA12的典型形式是粗糙球晶。
图2、PA12(a)和PA11(b)在晶体结构上的区别
这种特点带来的后果之一是,PA11基材料将有一个较高的熔融温度,这归功于其高密度的氢键,和更快的结晶动力,所以不需要明确的链结构来确保最大氢链接。
更有趣的特点是,由于三斜晶相在热或机械应力下可以转变成伪六角形的,所以即使在低温条件下,PA11都更有弹性,和更好的抗冲击性能。
事实上,进行晶体过程所需要的大量能量将会降低材料内部能量的耗散。
这种现象也可以解释PA11与PA12为何具备卓越的机械硬化特性,如图3所示。
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冷心;
图3、在80C和120°C下拉伸性能测试
(PA11与PA12对照)
由于所有的这些优势,改善的最好方法是用PA11替换新Peba聚合物刚性嵌段中的PA12从而产生一系列新的材料,其生物基碳的含量从约20堆U95%这取决于其中共聚物里的聚酰胺的含量和材料的刚性(如图4所示)
PebaxRnew72R53的可再生有机碳含量大约为±%,该数据由Fraunhofer
研究所,根据ASTMD686标准用AMS技术测得。
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图4、PebaxRnew中生物基碳含量针对拉伸模量的变化
为了尝试估算从最初原料到微丸的生态分布,开始了一项初步分析。
初步
结论是由Boustead咨询基于ISO标准14040-43的初步报告得到的。
通过
比较Pebax7033和PebaxRnew70R53可以发现工业级的Rnew等级可使
得矿物能源的正常需求减少了约29%同时减少相当于CO2排放量的26至
32%在经过几个月的工业生产后,这些结果将更加精确。
用可再生资源得到的Peba:
是Peba,但更Peba
由于PA11独特的性能,这些新系列的Peba不仅保持了Peba材料突出的特点,而且还放大了它们当中的绝大多数,通过它得到的一系列产品,结合了高性能和可持续性。
新共聚物具有的D型硬度计硬度范围从25到72,而挠曲模量跨度从约10
Mpa到高达600Mpa如图5所示。
聚酰嵌段的熔化温度范围从大约135C到
185C,等级从温和到刚硬。
图5、Pebax和PebaxRnew针对拉伸模量的D型硬度计硬度变化
轻质
Peba材料的关键特性之一是,与其它工程热塑性弹性体比,它们是最轻的
聚合物。
新PebaxRnew共聚物的密度非常接近1,在源自化石资源的Pebax
的密度中,是工程热塑性弹性体中质量范围最轻的,如图6所示。
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图6、Pebax和PebaxRnew针对其他工程热塑料的密度对比
蠕变性好
由于机械应力会下发生结晶转变,PA11表现出比PA12更好的弹性,而在拉伸试验中没有观察到PA12的屈服现象。
这种特殊的性能是属于Peba基的PA11可以从图7看到D型硬度计硬度为70情况下共聚物之间的比较。
图7、D型硬度计硬度为70时,23C下Pebax和PebaxRnew的拉伸测试
这种现象的一个重要的结果是PebaxRnew具备更好的抗拉伸蠕变,无论材料刚性多大。
事实上,用于蠕变试验的共聚物载中软质相比重大约有33%
表明PebaxRnew相当于比其化石资源得到的产物具有较低的残余变形(图8)
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图8、Pebax和PebaxRnew抗蠕变性对比
抗挠曲疲劳性无与伦比
在强度是固定的或者随意的循环或重复变形情况下,材料的性能通常由其
疲劳特性来确定。
并可以从不同的方面进行研究:
•从得到的不同的变形的振幅;或
•从不同的变形模式-拉伸,弯曲,扭转,相对于其它的热塑性弹性体,Pebax共聚物一个固有的性质是,它有能力消除因为热散逸导致的极其少量的能量。
它的低滞后值导致材料在反复形变下自热效应较弱。
结果是,Pebax
在疲劳试验中对降解非常不敏感。
常用来确定Pebax的抗疲劳性的实验叫做Ross-Flex测试。
它包括对一根杆进行90度的弯曲,并固定杆的其中一端。
试验是在赫兹的频率下进行的,并且在多个温度下评估材料所受到的损坏。
与其他热塑性弹性体不同,在
23C甚至非常低的温度下,Pebax共聚物具有良好的抗动态弯曲变形能力。
该测试所使用的标准是美国的ASTMD1052
众所周知,Pebax是在设定好参数时能经受15万以上的周期循环而没有损坏的材料。
对于PebaxRnew当然也不例外,即便温度低至-40C,也看不到裂痕。
低温抗冲击性
众所周知Pebax有着良好的弹性,即便在极低的温度下,由此导致了其优
秀的冲击性能。
冲击试验确定了在高速形变下,使材料或者结构受到变形和破坏所需的能源。
得益于一些方法,冲击撞力可以测出,可是最被Pebax接受的技术是Izod或Charpy测试。
破坏材料所需要的能量,是通过计算撞击前后摆锤的能量之差来得到。
测试可以同时在室温和低温的情况下进行,使用各种几何形状的样品,缺口类型各异。
无论采用哪种可行的方法,
Pebax材料都能够在室温和低温条件下表现出绝佳的抗冲击性。
而PebaxRnew则表现得更加出色,因为它是其中一个最严格的等级:
Pebax
Rnew70R53在相同的durometerD硬度下与用化石资源得到的同类相比,其韧性-脆性转变温度转移了近10C。
加工性
Pebax在每项主要的热塑性塑料加工技术中都具备优秀的加工性能,这些加工技术主要有注塑成型和挤出(流延膜,吹塑薄膜,板,管等)。
根据选
定的Pebax等级和注塑条件下,Pebax的收缩率通常会从%到%而有所不同。
与其他热塑性弹性体相比,特别是TPUPebax的流变表现允许更广泛的加工温度。
Pebax可以注入到极薄的部件中,通常可以小至毫米。
它也使得循环时间变短,高可回收性和准确的尺寸可控性。
这些新的系列的PebaxRnew共聚物得益于这些通用的加工,并且按照机械性VS工艺条件来看,展示
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