1 Μηχανικές ιδιότητες
Προσαρμόζοντας την αναλογία μαλακών προς σκληρών τμημάτων, η σκληρότητα των ελαστομερών πολυαιθέρα-εστέρα μπορεί να ποικίλλει σε ένα ευρύ φάσμα (Shore D 32–82). Η ελαστικότητα και η αντοχή τους πέφτουν μεταξύ αυτών του καουτσούκ και των πλαστικών. Σε σύγκριση με άλλα θερμοπλαστικά ελαστομερή (TPE), τα ελαστομερή πολυαιθέρα-εστέρα παρουσιάζουν υψηλότερο συντελεστή υπό συνθήκες χαμηλής-παραμόρφωσης από άλλα TPE ισοδύναμης σκληρότητας. Όταν ο συντελεστής είναι μια κρίσιμη παράμετρος σχεδιασμού, η χρήση ελαστομερών πολυαιθέρα-εστέρα επιτρέπει τη μείωση της-διατομής του τελικού προϊόντος, ελαχιστοποιώντας έτσι την κατανάλωση υλικού.
Τα ελαστομερή πολυαιθέρα-εστέρα έχουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό. Σε σύγκριση με τις θερμοπλαστικές πολυουρεθάνες (TPUs), τα ελαστομερή πολυαιθερο-εστέρων εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερα συντελεστές θλίψης και εφελκυσμού. Κατά συνέπεια, όταν κατασκευάζεται ένα πανομοιότυπο εξάρτημα με χρήση ελαστομερούς πολυαιθέρα-εστέρα και TPU ίδιας σκληρότητας, το πρώτο είναι ικανό να αντέχει βαρύτερα φορτία. Σε θερμοκρασίες πάνω από το περιβάλλον, τα ελαστομερή πολυαιθέρα-εστέρα διατηρούν υψηλό συντελεστή κάμψης, ωστόσο-σε αντίθεση με τα TPU-δεν γίνονται υπερβολικά άκαμπτα σε χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλα-για την κατασκευή δοκών προβόλου ή εξαρτημάτων που φέρουν ροπή{10}}και ιδιαίτερα ιδανικά για εφαρμογές που αφορούν περιβάλλοντα υψηλής{{11} θερμοκρασίας. Τα ελαστομερή πολυαιθερικών-εστέρων επιδεικνύουν εξαιρετική ευελιξία σε χαμηλή-θερμοκρασία. Η αντοχή τους στην οδοντωτή κρούση σε χαμηλές θερμοκρασίες ξεπερνά αυτή των άλλων TPE, ενώ η αντοχή τους στην τριβή είναι συγκρίσιμη με αυτή των TPU. Υπό συνθήκες χαμηλής-παραμόρφωσης, τα ελαστομερή πολυαιθέρα-εστερών παρουσιάζουν ανώτερη αντοχή στην κόπωση και ελάχιστη απώλεια υστέρησης. Αυτό το χαρακτηριστικό, σε συνδυασμό με την υψηλή ελαστικότητά τους, καθιστά το υλικό ιδανική επιλογή για εφαρμογές που περιλαμβάνουν επαναλαμβανόμενη κυκλική φόρτιση, όπως γρανάζια, κύλινδροι, εύκαμπτοι σύνδεσμοι και ιμάντες.
2 Θερμικές ιδιότητες
Εκτός εάν σταθεροποιηθούν με αντιοξειδωτικά, τα θερμοπλαστικά ελαστομερή πολυαιθέρα-εστέρα υφίστανται ταχεία αποικοδόμηση υπό διάφορες συνθήκες-συμπεριλαμβανομένης της έκθεσης σε ομίχλη νερού, όζον και εξωτερικά ατμοσφαιρικά περιβάλλοντα. Αυτή η υποβάθμιση οδηγεί σε μείωση του ιξώδους και του σχετικού μοριακού βάρους, μείωση της επιμήκυνσης του υλικού κατά τη θραύση και επιδείνωση του στιγμιαίου ελαστικού ρυθμού ανάκτησης. Αυτή η αντίδραση αποικοδόμησης στους εστέρες πολυαιθέρα-προχωρά μέσω ενός μηχανισμού ελεύθερων-ριζών, που πιθανότατα ξεκινά από μια οξειδωτική επίθεση στα άτομα άνθρακα που βρίσκονται δίπλα στα αιθερικά άτομα οξυγόνου εντός της ραχοκοκαλιάς του πολυμερούς. Κατά τη διάρκεια της κοπής της αλυσίδας, παράγεται φορμαλδεΰδη. Αυτή η φορμαλδεΰδη στη συνέχεια οξειδώνεται σε μυρμηκικό οξύ, το οποίο, με τη σειρά του, καταλύει περαιτέρω σχάση της αλυσίδας. Για να ενισχυθεί η αντοχή των ελαστομερών πολυαιθερικών εστέρων στην οξειδωτική αποικοδόμηση, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν κατάλληλες μέθοδοι σταθεροποίησης. Το προστιθέμενο σύστημα σταθεροποιητή θα πρέπει να περιλαμβάνει καθαριστές ελεύθερων ριζών, αποσυνθετές υπεροξειδίου και σαρωτές φορμαλδεΰδης.
Τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων παρουσιάζουν εξαιρετική θερμική σταθερότητα. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η σκληρότητα, τόσο καλύτερη είναι η αντίσταση στη θερμότητα. Βιβλιογραφικές αναφορές υποδεικνύουν ότι όταν υποβάλλονται σε συνεχή θέρμανση για 10 ώρες στους 110 βαθμούς και στους 140 βαθμούς, τα ελαστομερή πολυαιθερικού εστέρα ουσιαστικά δεν παρουσιάζουν απώλεια βάρους. ακόμα και μετά από θέρμανση για 10 ώρες στους 160 βαθμούς και στους 180 βαθμούς, η απώλεια βάρους παραμένει ελάχιστη-μόνο 0,05% και 0,1%, αντίστοιχα. Οι ισοθερμικές θερμοβαρυμετρικές καμπύλες αποκαλύπτουν ότι τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων αρχίζουν να χάνουν βάρος στους 250 βαθμούς, φτάνοντας σωρευτική απώλεια βάρους 5% επί 300 μοίρες, με σημαντική απώλεια βάρους να εμφανίζεται πέραν των 400 μοιρών. Συνεπώς, τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων διαθέτουν πολύ υψηλή μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας-με ακόμη υψηλότερα όρια για βραχυπρόθεσμη έκθεση-και είναι ικανά να αντέχουν τις θερμοκρασίες ψησίματος του χρώματος (150–160 μοίρες) που συνήθως συναντώνται στις γραμμές παραγωγής αυτοκινήτων. Επιπλέον, παρουσιάζουν ελάχιστη απώλεια μηχανικών ιδιοτήτων τόσο σε υψηλές όσο και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Όταν χρησιμοποιείται σε θερμοκρασίες άνω των 120 βαθμών, η αντοχή σε εφελκυσμό των ελαστομερών πολυαιθερικού εστέρα ξεπερνά σημαντικά αυτή των θερμοπλαστικών πολυουρεθανών (TPU).
Επιπλέον, τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων επιδεικνύουν εξαιρετική απόδοση σε χαμηλές-θερμοκρασίες. Το εύθραυστο σημείο τους πέφτει κάτω από -70 μοίρες. Επιπλέον, όσο χαμηλότερη είναι η σκληρότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στο κρύο, επιτρέποντας στα περισσότερα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων να χρησιμοποιούνται συνεχώς για παρατεταμένες περιόδους σε θερμοκρασίες έως και -40 βαθμούς. Λόγω της ισορροπημένης απόδοσης που επιδεικνύουν τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων τόσο σε υψηλές όσο και σε χαμηλές θερμοκρασίες, διαθέτουν ένα εξαιρετικά ευρύ παράθυρο θερμοκρασίας λειτουργίας, ικανό να λειτουργεί αποτελεσματικά στην περιοχή από -70 βαθμούς έως 200 βαθμούς.
3. Αντοχή σε χημικά μέσα
Τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων διαθέτουν εξαιρετική αντοχή στο λάδι και, σε θερμοκρασία δωματίου, μπορούν να αντέξουν τα περισσότερα πολικά υγρά χημικά μέσα (όπως οξέα, βάσεις, αμίνες και ενώσεις γλυκόλης). Ωστόσο, είναι ευαίσθητα στις επιδράσεις των αλογονωμένων υδρογονανθράκων (με εξαίρεση τα φρέον) και των φαινολικών ενώσεων. Γενικά, η χημική τους αντοχή βελτιώνεται σε ευθεία αναλογία με την αύξηση της σκληρότητας. Τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων παρουσιάζουν ισχυρή αντίσταση στη διόγκωση και τη διείσδυση όταν εκτίθενται στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες, καύσιμα και αέρια. Συγκεκριμένα, η διαπερατότητά τους στα καύσιμα είναι μόνο ένα-τρίτο έως ένα-τρία-εκατό των συμβατικών ελαστικών ανθεκτικών στο λάδι-, όπως το νεοπρένιο, το χλωροσουλφονωμένο πολυαιθυλένιο και το καουτσούκ νιτριλίου. Ωστόσο, τα ελαστομερή πολυαιθερικού εστέρα παρουσιάζουν σχετικά χαμηλή αντοχή στο ζεστό νερό. Η προσθήκη σταθεροποιητών πολυκαρβοδιιμιδίου μπορεί να ενισχύσει σημαντικά την αντοχή τους στην υδρόλυση. Έχει αναφερθεί ότι η εισαγωγή PEN ή PCT στα σκληρά τμήματα PBT εντός των μοριακών αλυσίδων ελαστομερών πολυαιθερικού εστέρα αποδίδει υλικά με ανώτερη αντοχή στο νερό και στη θερμότητα.
4. Αντίσταση στις καιρικές συνθήκες και αντίσταση στη γήρανση
Τα ελαστομερή πολυαιθερικών εστέρων επιδεικνύουν εξαιρετική χημική σταθερότητα κάτω από μια ευρεία ποικιλία συνθηκών, συμπεριλαμβανομένης της έκθεσης σε υδρονέφωση, το όζον και την εξωτερική ατμοσφαιρική γήρανση. Όπως συμβαίνει με τα περισσότερα TPE, η υποβάθμιση συμβαίνει υπό την επίδραση του υπεριώδους φωτός (UV). Προστατευτικά πρόσθετα-συμπεριλαμβανομένου του αιθάλη, διαφόρων χρωστικών και άλλων προστατευτικών υλικών-μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον μετριασμό αυτού του αποτελέσματος. Η συνεργική χρήση φαινολικών αντιοξειδωτικών και απορροφητών βενζοτριαζόλης-τύπου UV αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποτελεσματική στην παροχή προστασίας από τη γήρανση που προκαλείται από την υπεριώδη ακτινοβολία-.
Η οξείδωση που προκαλείται από το φως και τη θερμότητα αποτελεί τους δύο κύριους παράγοντες που οδηγούν στην αποικοδόμηση και τη γήρανση των ελαστομερών πολυαιθερικών εστέρων. Οι συμπολυεστέρες PEG-PBT, ειδικότερα, παρουσιάζουν χαμηλή αντοχή τόσο στη θερμότητα όσο και στο φως, καθιστώντας τους ιδιαίτερα ευαίσθητους σε σοβαρή θερμική-οξειδωτική και φωτο{3}}αποικοδόμηση. Οι αυξημένες θερμοκρασίες επιταχύνουν αυτή τη διαδικασία αποδόμησης. Καθώς η γήρανση προχωρά και το μοριακό βάρος μειώνεται, η επιμήκυνση του υλικού στο σπάσιμο μειώνεται και ο στιγμιαίος ελαστικός ρυθμός ανάκτησής του μειώνεται.
Περαιτέρω, τα ελαστομερή πολυαιθερικού εστέρα παρουσιάζουν ποικίλους βαθμούς ευαισθησίας στην υδρόλυση. Όταν εκτίθενται σε νερό, αυτά τα ελαστομερή υφίστανται αντιδράσεις διασταυρούμενης-σύνδεσης, με αποτέλεσμα αυξημένο σχηματισμό ουσιών που μοιάζουν με πηκτή. Η εγγενής ευαισθησία των συμπολυεστέρων PEG-PBT στην υδρολυτική αποικοδόμηση είναι ακριβώς η ιδιότητα που αξιοποιείται όταν χρησιμοποιούνται ως ικριώματα βιοϋλικών για εμφύτευση στο ανθρώπινο σώμα. Σε υδατικά περιβάλλοντα, οι συμπολυεστέρες PEG-PBT αποικοδομούνται μέσω ενός υδρολυτικού μηχανισμού: τα μόρια του νερού επιτίθενται στους εστερικούς δεσμούς που βρίσκονται μεταξύ των τμημάτων PEG και PBT, προκαλώντας τη διάσπαση των πολυμερών αλυσίδων. Τα προϊόντα αποικοδόμησης που προκύπτουν αποτελούνται από PEG και θραύσματα PBT χαμηλού-μοριακού-βάρους. Ο ρυθμός αποικοδόμησης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες-συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης, της θερμοκρασίας, του επιπέδου pH και της ενζυμικής δραστηριότητας-με υψηλότερη περιεκτικότητα σε PEG, θερμοκρασίες και τιμές pH που γενικά οδηγούν σε ταχύτερους ρυθμούς αποικοδόμησης. Προσαρμόζοντας επακριβώς τις σχετικές αναλογίες των δύο συστατικών στοιχείων, ο ρυθμός αποικοδόμησης μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να ανταποκρίνεται στις ειδικές απαιτήσεις διαφορετικών εφαρμογών.
5. Υψηλή ανθεκτικότητα
Όταν χρησιμοποιούνται υλικά TPEE για την κατασκευή ελατηρίων, προσδίδουν εξαιρετικά μεγάλη διάρκεια ζωής στα εξαρτήματα. Αυτή η ικανότητα διευκολύνει την ομαλή και σταθερή λειτουργία σε εφαρμογές όπως τα σιδηροδρομικά συστήματα, επιτρέποντας στα τρένα να εκτελούν ελιγμούς-συμπεριλαμβανομένης της εκκίνησης, της επιτάχυνσης, της επιβράδυνσης και της στάσης-με αξιοσημείωτη ρευστότητα. Σε αντίθεση με τα μεταλλικά ελατήρια, δεν σκουριάζει, δεν φθείρεται υπό φυσικές περιβαλλοντικές συνθήκες, ούτε υποφέρει από ελαστικό κάταγμα ή απώλεια ελαστικότητας. Επιπλέον, σε σύγκριση με υλικά από καουτσούκ, προσφέρει ανώτερη επαναχρησιμοποίηση διατηρώντας παράλληλα εξαιρετική ελαστικότητα.
6. Επεξεργασία και Χυτευσιμότητα
Το TPEE διαθέτει εξαιρετική σταθερότητα τήξης και άφθονη θερμοπλαστική, με αποτέλεσμα εξαιρετική δυνατότητα επεξεργασίας. Μπορεί να υποστεί επεξεργασία χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνικών θερμοπλαστικής επεξεργασίας, όπως εξώθηση, χύτευση με έγχυση, χύτευση με εμφύσηση, περιστροφική χύτευση και χύτευση τήγματος. Σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, το ιξώδες τήγματος του TPEE είναι σχετικά μη ευαίσθητο στις αλλαγές στο ρυθμό διάτμησης. Ωστόσο, σε υψηλούς ρυθμούς διάτμησης, το ιξώδες τήγματος μειώνεται καθώς αυξάνεται ο ρυθμός διάτμησης. Δεδομένου ότι τα τήγματα TPEE είναι πολύ ευαίσθητα στη θερμοκρασία-με το ιξώδες του τήγματος να κυμαίνεται από πολλές έως πολλές δεκάδες φορές εντός εύρους διακυμάνσεων θερμοκρασίας μόλις 10 βαθμών -η θερμοκρασία πρέπει να ελέγχεται αυστηρά κατά τη διαδικασία χύτευσης.
Για να διασφαλιστεί ότι η περιεκτικότητα σε υγρασία της ρητίνης παραμένει κάτω από 0,1%, είναι απαραίτητο να προ-ξηράνετε το υλικό χρησιμοποιώντας στεγνωτήρα ζεστού-αέρα (στους 80–120 βαθμούς για 6–8 ώρες) πριν από την επεξεργασία.
1. Χύτευση με εξώθηση
Χρησιμοποιώντας τυπικούς πλαστικούς εξωθητές, το TPEE μπορεί να εξωθηθεί σε διάφορες μορφές όπως φύλλα, σωλήνες, ράβδους και συρμάτινο μανδύα. Συνήθως χρησιμοποιείται ένας γενικός-σχεδιασμός βίδας που βαθμιαία εμβαθύνει, με λόγο μήκους-προς{3}}διαμέτρου (L/D) μεγαλύτερο ή ίσο με 24:1 και λόγο συμπίεσης (2,7–4):1.
2. Χύτευση με έγχυση
Οι τεχνικές χύτευσης με έγχυση επιτρέπουν την παραγωγή αντικειμένων σε μεγάλη ποικιλία σχημάτων και μεγεθών. Για αυτήν την εφαρμογή προτιμώνται οι παλινδρομικές-μηχανές έγχυσης βιδών, καθώς παράγουν τήγμα με εξαιρετικά ομοιόμορφη και σταθερή κατανομή θερμοκρασίας. Το βάθος του καναλιού βίδας πρέπει να ακολουθεί ένα σταδιακό προφίλ. συνιστάται λόγος συμπίεσης 3,0–3,5, μαζί με αναλογία L/D βιδών (18–24):1. Οι πιέσεις έγχυσης κυμαίνονται συνήθως από 80 έως 120 MPa, χρησιμοποιώντας μια αργή{10}}έως-μέτρια ταχύτητα έγχυσης.
3. Χύτευση με εμφύσηση
Οι εφαρμογές χύτευσης με εμφύσηση απαιτούν ρητίνες που παρουσιάζουν υψηλό ιξώδες τήξης και αντοχή τήξης. Με την εφαρμογή τεχνικών επέκτασης χημικής αλυσίδας-κατά την εξώθηση πολυμερούς-συγκεκριμένα με την ενσωμάτωση ειδικών λειτουργικών τμημάτων στις μοριακές αλυσίδες TPEE-είναι δυνατό να παραχθούν υψηλού-ιξώδους ποιότητες TPEE ικανές να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις για χύτευση με εμφύσηση μεγάλων, εξειδικευμένων εξαρτημάτων κινητήρα (όπως τα εξαρτήματα του κινητήρα).
4. Άλλες διεργασίες χύτευσης
Το TPEE είναι επίσης κατάλληλο για διαδικασίες όπως η περιστροφική χύτευση και η χύτευση τήγματος. Για παράδειγμα, η περιστροφική χύτευση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή αντικειμένων όπως μπάλες και μικρά ελαστικά χωρίς σωλήνα. Η χύτευση τήγματος, από την άλλη πλευρά, προσφέρει τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους επεξεργασίας και της εξαιρετικής σταθερότητας διαστάσεων στα τελικά προϊόντα.
