多材料模塑目前正日益引人注目,其中一个重要原因就是热塑性弹性体的使用,这已成为实现产品区别战略的一个要素。把软接触材料添加到产品中,包括动力工具手柄、牙刷柄和垫圈等。
多材料模塑的另一个优点就是结合了两个或更多的组分,因此节省了组装费用。一些制造商反映节省幅度可达25%。因为高性能的热塑性弹性体日益普及,正在为更广范围的产品提供各种功能。作为对我近期的一个栏目(利用多材料注模的优点)的跟踪,这个栏目将分析热塑性弹性体的不同类型以及优点。
热塑性弹性体的类型
在多材料模塑中,热塑性弹性体有4个基本的类型:
苯乙烯嵌段共聚物(SBC)
热塑性硫化胶(TPV)
热塑性聚氨酯(TPU)
共聚多酯(COPE)
苯乙烯共聚物是最低价的热塑性弹性体并且是应用最广泛的。它们是嵌段共聚物,由硬聚苯乙烯链段制成,与矩阵柔性链段(如聚丁二烯、聚异戊二烯、乙丙胶或苯乙烯)互相联接。这些材料的抗拉强度很低,但是伸长强度高于丁苯橡胶或天然橡胶。苯乙烯弹性体可防水、酒精并稀释碱和酸。苯乙烯嵌段共聚物应用于消费品领域,如动力工具的手柄、厨房用具、电器旋钮、手机、寻呼机、个人数字助理和各种汽车零部件,包括手柄、旋钮和{气袋门罩}。
热塑性硫化胶在聚烯烃、尤其是乙丙胶二烯系单体(EPDM)和聚丙烯的连续阶段是精细分散的高硫化橡胶。橡胶的硫化等级和分散细度对于热塑性硫化胶的性能来说是至关重要的。它们的典型物理性能即耐热性、耐久性、耐化学物质和耐油性。热塑性硫化胶的应用包括汽车发动机舱内风道、螺纹管、恒速万向节罩和{气袋门罩},还有工业用垫圈、密封件、泵垫环和连接软管。
热塑性聚氨酯弹性体是第一个能够运用热塑性工艺加工的弹性体。有聚酯和聚醚两种类型。聚酯型具有较高的机械性能。聚醚型比聚酯型具有较好的水解稳定性和低温韧性。聚氨酯橡胶具有良好的耐磨性。添加剂可以提高耐候性、尺寸稳定性和耐热性,减少摩擦或增加阻燃性。它们在各硬度等级产品中具有很广泛的应用,涉及汽车密封件和垫圈、稳定杆套、医用导管、起博器和人造心脏装置、手机天线、齿轮、滑轮、链轮、滑槽衬里、纺织机械部件、脚轮、垫圈、隔膜、联轴器和减振部件。
共聚多酯弹性体具有良好的动态性能、高模数、高伸长和撕裂强度,还有在高温和低温条件下具有良好的抗挠屈疲劳性。通过组合紫外线稳定剂或炭黑可以提高耐候性。耐无氧化酸性、一些脂族烃、芳烃燃料、碱性溶液、液压流体的性能表现为良好甚至优异。然而,无极性材料,如强无机酸和碱、氯化溶剂、苯酚类和甲酚会使聚酯降解。共聚多酯在一般情况下比热塑性弹性体昂贵,应用于弹性联轴器、隔膜、齿轮、波纹管垫环、保护套、密封件、运动鞋鞋底、电气接头、扣件、旋钮和衬套中。
应用需求
热塑性弹性体超量模铸最关键的因素就是各种材料之间的粘附。粘结的质量取决于使用的材料、底层冷却时间、热塑性弹性体注塑速度和固定压力。一般原则是,{当热塑性弹性体在足以保证把模完全挤出的温度和压力下模注时,粘着力最强}。热塑性弹性体供应商提供了各式各样的材料以优化在多材料加工和嵌件成型时底层的粘着力。
未来发展
热塑性弹性体应用的发展为供应商提供了机会,使之能继续开发能够为特定树脂(如尼龙(聚酰胺))提供高粘着等级,同时提供高流动性、高耐热性,高弹性和高耐损性的产品。为了在汽车发动机舱市场得到应用,正在推出在硅酮和腈基础上形成的热塑性弹性体。一家美国的供应商-伊利斯诺州GLS Corp. of McHenry公司引进了一种“通用超量模铸热塑性弹性体合金,在多材料模塑和嵌件成型中,可以粘附在最硬质的塑料基底,包括ABS、COPE、高冲击强度聚苯乙烯、聚碳酸酯、PC/ABS混合物、聚苯乙烯和均匀的HDPE。为了特定应用,在新产品开发的早期尽早联系热塑性弹性体供应商有助于缩短生产周期并提供最好的性能。
福特野马实例
2005年福特野马跑车就采用了多材料模塑,全塑料“封板”,代替了传统的橡胶-金属承重“触发”板。(“封板”关闭敞篷和{金属板后夹板}之间的间隙。在以前的设计中,敞篷接触到金属板,叫做触发板)。
多塑料注模部件由35%玻璃态尼龙和Zeon Chemicals LP.公司的塑性硫化胶材料经超量模铸组成。制造塑性硫化胶以优化对尼龙的粘着力,满足了长期暴晒下保持粘着力的关键要求。结果是在保持结构刚度和减少成本的同时,配平板从视觉上看与野马其它密封件的流线和外观相配,这是超量模铸优点的又一例证。