最新尼龙弹性体PEBAX.docx

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最新尼龙弹性体PEBAX

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,其显著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    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%的碳源于可再生资源。

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。

图3、在80℃和120℃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%到95%，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95.7±0.2％，该数据由Fraunhofer研究所，根据ASTMD6866标准用AMS技术测得。

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10Mpa到高达600Mpa，如图5所示。

聚酰嵌段的熔化温度范围从大约135℃到185℃，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。

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，23℃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）。

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1.7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23℃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-40℃，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：

PebaxRnew70R53，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10℃。

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0.5%到1.5%而有所不同。

与其他热塑性弹性体相比，特别是TPU，Pebax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0.8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，展示出了出色的稳定性。

结论

新一代Peba类型的材料，PebaxRnew系列，已经发展到，靠一种独特的化学品，以减少我们对环境的影响，这些化学品是用不可食用的作物得到的天然植物油来制备的。

相比从矿物资源得到的同类产品，常规的化石能源的需求，以及温室气体的排放，因此得到了减少。

然而，新系列产品不仅保持着Peba材料的显著特点，同时