GLS公司的热塑性弹性体TPE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125°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

SBC          25/75      此比例取决于产品性能

TPV          20/80      此比例取决于产品性能

TPU          15/85      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。