共聚酯TPE薄膜

五

從建筑施工到醫(yī)療用品再到食品包裝，共聚酯熱塑性彈性體正在重新引起人們對(duì)高科技薄膜和擠出涂層的興趣，這些薄膜結(jié)合了低溫柔韌性，耐熱性，彈性，水蒸氣滲透性和耐化學(xué)性。雖然這些利基應(yīng)用中的一些已存在長(zhǎng)達(dá)15年，但現(xiàn)在新的應(yīng)用正在出現(xiàn)，擠出加工商和最終用戶(hù)的興趣在經(jīng)過(guò)一段相對(duì)靜止的時(shí)期后正在擴(kuò)大。

吉姆康基

目前美國(guó)共聚酯薄膜和擠出涂層的產(chǎn)量在200萬(wàn)至250萬(wàn)磅/年的范圍內(nèi)，由10至15個(gè)處理器生產(chǎn)。這些數(shù)字在歐洲略高。

共聚酯TPE薄膜和涂層市場(chǎng)分為透氣和不透氣應(yīng)用。透氣是最大和最古老的部門(mén)，其最大的組成部分是醫(yī)療用途，如手術(shù)服，窗簾和敷料。共聚酯TPE薄膜和涂層對(duì)水分和氣體（O2和CO2）是可滲透的，但是是無(wú)孔的，因此對(duì)液態(tài)水，血液和細(xì)菌是不可滲透的。其他應(yīng)用是尿布和成人失禁產(chǎn)品，其中這些樹(shù)脂具有柔軟和安靜的優(yōu)點(diǎn)（它們適應(yīng)佩戴者的運(yùn)動(dòng)而不會(huì)發(fā)生沙沙聲）。另一個(gè)重要的市場(chǎng)是建筑 – 半透性屋頂膜和“房屋包裹”（透氣屏障）。在排斥液態(tài)水的同時(shí)，透氣性也可用于體育用品，雨衣和鞋墊。

不透氣應(yīng)用利用共聚酯TPE的耐熱性和耐化學(xué)性，低溫柔韌性，耐候性，抗穿刺性，耐磨性和低吸水性。其中包括批發(fā)食品包裝領(lǐng)域最新且發(fā)展最快的市場(chǎng)，尤其是需要在袋中冷凍產(chǎn)品的應(yīng)用。共聚酯TPE也被考慮用于氣調(diào)包裝（MAP）。在單層薄膜中，這些樹(shù)脂具有許多食品所需的不粘性?xún)A向。在多層薄膜中，它們對(duì)尼龍，聚酯，EVA和EMA共聚物具有高親和力。

共聚酯TPE可以容易地?cái)D出成小于1密耳厚度的吹塑或流延薄膜。通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，可以實(shí)現(xiàn)薄至0.2密耳的流延薄膜。非織造基底上的擠出涂層通常生產(chǎn)為0.5密耳的薄。具有尼龍擠出經(jīng)驗(yàn)的加工商已經(jīng)毫無(wú)困難地采用了共聚酯TPE。透氣性應(yīng)用，包括涂層，通常使用低于55肖氏D硬度的較軟等級(jí)，而較硬等級(jí)則出現(xiàn)在單片薄膜的非透氣用途中。

Arnitel是帝斯曼工程塑料的共聚酯TPE系列。它們包括共聚醚 – 酯和共聚酯 – 酯。這些樹(shù)脂是多嵌段共聚物，其中對(duì)苯二甲酸丁二醇酯硬鏈段和聚（環(huán)氧烷）軟鏈段沿聚合物主鏈交替重復(fù)。在任何給定的共聚酯配方中改變軟鏈段的類(lèi)型和數(shù)量會(huì)產(chǎn)生廣泛的產(chǎn)品和性能特征（見(jiàn)附表）。

典型牌號(hào)的例子包括：

Arnitel PL380，一種透氣，低粘度，38 Shore D等級(jí)的擠出涂層。

Arnitel PM381，透氣，中等粘度，38 D硬度的流延膜級(jí)。

Arnitel EM400，透氣性較低，強(qiáng)度更高，40 D硬度。

流變性質(zhì)

通常，隨著配方硬度的增加（即，含有較少的軟鏈段），共聚酯TPE的結(jié)晶熔點(diǎn)增加并變得更加明確。熔體粘度很大程度上取決于熔體溫度和所用等級(jí)的硬度。較軟的牌號(hào)在正常加工溫度下具有較高的熔體粘度。隨著TPE的肖氏硬度增加，它具有更多的結(jié)晶特性。因此，熔點(diǎn)增加但也更突然。結(jié)果，平均熔體溫度實(shí)際上比較軟的等級(jí)更低。最常用的Arnitel薄膜和涂層等級(jí)是PM381，這是一種柔軟的材料，可在450°F至約525°F的較寬范圍內(nèi)擠出。

如附圖所示，共聚酯TPE熔體粘度對(duì)剪切速率具有相對(duì)平坦的響應(yīng)。這意味著不能依靠高剪切螺桿和模具設(shè)計(jì)來(lái)通過(guò)剪切稀化來(lái)降低熔體粘度。而是，可以增加或減少擠出熔融溫度以增強(qiáng)擠出物的流動(dòng)性或熔體強(qiáng)度。這意味著需要良好控制熔體溫度以達(dá)到并保持共聚酯TPE樹(shù)脂的穩(wěn)定工藝。

由于這些樹(shù)脂基于聚酯，因此在加工過(guò)程中聚合物中吸收的水分會(huì)影響最終性能。因此，Arnitel提供防潮袋，其最大水分含量為0.05％（500 ppm）（重量）。一旦打開(kāi)并暴露在潮濕空氣中，顆粒就會(huì)迅速吸收水分。高于0.10％的水分含量可能?chē)?yán)重影響擠出操作，導(dǎo)致高度可變的熔體壓力和擠出機(jī)輸出，樹(shù)脂降解，以及當(dāng)熔體離開(kāi)模頭時(shí)可能存在氣泡。

共聚酯TPE通常用干燥料斗擠出。對(duì)于暴露在潮濕空氣中的材料，干燥條件為3-4小時(shí)，時(shí)間為212-248 F.

擠出機(jī)考慮因素

適用于增塑尼龍，PVC或聚烯烴的擠出機(jī)通常適用于共聚酯TPE的擠出。長(zhǎng)度與直徑（L / D）之比至少為24：1，通常為28：1，為薄膜擠出提供了所需的熔體均勻性。螺桿螺紋和筒壁之間的間隙應(yīng)該很小，以防止熔融樹(shù)脂的回流和可能的波動(dòng)。24：1 L / D桶應(yīng)配備至少四個(gè)獨(dú)立控制的加熱和冷卻區(qū)。

不建議使用凹槽進(jìn)料段。設(shè)計(jì)用于促進(jìn)顆粒向前運(yùn)動(dòng)的凹槽可導(dǎo)致螺桿的壓縮區(qū)域的過(guò)度進(jìn)給，這導(dǎo)致差的溫度控制，夾帶的空氣和高的驅(qū)動(dòng)功率要求。

通常，具有進(jìn)料，過(guò)渡（壓縮）和大致相等長(zhǎng)度的計(jì)量區(qū)的簡(jiǎn)單三區(qū)通用螺桿與共聚酯TPE很好地配合。壓縮比應(yīng)在2.5：1和3.5：1之間，由進(jìn)料區(qū)通道的深度除以計(jì)量區(qū)通道的深度確定。建議使用等于一個(gè)螺桿直徑的螺桿螺距。

螺桿設(shè)計(jì)不應(yīng)在進(jìn)料或計(jì)量部分中包含過(guò)深的通道。深而短的進(jìn)料通道會(huì)導(dǎo)致進(jìn)料不良和輸出損失。深度計(jì)量通道可以在整個(gè)熔體中產(chǎn)生寬的溫度分布。相反，淺的計(jì)量通道可能由于高剪切而導(dǎo)致熔體過(guò)熱。

由于多種原因，不建議在共聚酯TPE中使用具有減壓區(qū)和真空排氣口的螺桿。首先，不可能通過(guò)真空排氣來(lái)干燥這些樹(shù)脂。其次，排氣和減壓區(qū)域可能導(dǎo)致流動(dòng)停滯和降解聚合物的局部積聚。第三，可能導(dǎo)致不規(guī)則的擠出機(jī)壓力。

一些含有高剪切混合元件和阻隔飛行設(shè)計(jì)的螺桿已成功用于共聚酯TPE。然而，這些設(shè)計(jì)中的一些可能產(chǎn)生高熔融溫度，其不能在典型的擠出機(jī)產(chǎn)量范圍內(nèi)控制。這在較大直徑的擠出機(jī)中最明顯。

擠出機(jī)適配器和頭部應(yīng)盡可能短且流線(xiàn)型。流動(dòng)通道不應(yīng)包含任何類(lèi)型的橫截面或“死點(diǎn)”的突然或劇烈變化。長(zhǎng)適配器管可導(dǎo)致聚合物停滯。這可導(dǎo)致局部聚合物降解并隨后將降解樹(shù)脂顆粒隨機(jī)釋放到熔體流中。

鑄膜

為避免粘連，柔軟的Arnitel類(lèi)型（35D和40D硬度）的冷卻輥表面溫度不應(yīng)超過(guò)122 F，47D至63D類(lèi)型的冷卻輥表面溫度不應(yīng)超過(guò)122 F，對(duì)于72D和更硬的等級(jí)，冷卻輥表面溫度不應(yīng)超過(guò)212 F. 冷卻輥的紋理化不僅有助于薄膜的釋放，而且還會(huì)降低薄膜的光澤度。

薄膜越薄，TPE的等級(jí)越柔軟，在鑄膜生產(chǎn)過(guò)程中，張力控制就越嚴(yán)格。如果沒(méi)有良好的張力控制，則難以生產(chǎn)均勻纏繞，無(wú)皺紋的薄膜。修剪或切割薄而柔韌的薄膜也需要精確的張力控制。通過(guò)將切割位置與可由卷繞或修剪去除系統(tǒng)產(chǎn)生的任何振動(dòng)或張力變化隔離，獲得了最佳結(jié)果。建議在分切位置的兩側(cè)使用從動(dòng)輥。

吹膜

吹膜是共聚酯TPE的一種相對(duì)較新的用途。只有少數(shù)幾家處理器在商業(yè)上做到了，而且他們已經(jīng)將這些細(xì)節(jié)保留給了他們自己。然而，總的來(lái)說(shuō)，他們使用標(biāo)準(zhǔn)的尼龍薄膜設(shè)備。爆破率為正常的2：1至2.5：1。較軟等級(jí)的TPE可能需要防粘連，在流延薄膜擠出中也是如此。

擠出涂層

共聚酯TPE可以擠出涂覆到織造和非織造織物上。冷卻輥溫度會(huì)對(duì)織物粘附產(chǎn)生重要影響。典型的溫度在68到120°F之間。與聚烯烴的擠出涂層不同，對(duì)于共聚酯TPE，推薦在模頭和軋輥之間使用非常小的氣隙。