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Peba如何同时提供持续性和高性能遥控插座

2022年09月08日

Peba--如何同时提供持续性和高性能

Peba--如何同时提供持续性和高性能 2011： 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）。Pebax Rnew 72R53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ASTM D6866标准用AMS技术测得。

图4、Pebax Rnew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Pebax 7033和Pebax Rnew 70R53，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10 Mpa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Pebax Rnew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Pebax Rnew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Pebax Rnew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Pebax Rnew的拉伸测试

这种现象的一个重要的结果是Pebax Rnew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Pebax Rnew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Pebax Rnew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ASTM D1052。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Pebax Rnew，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Pebax Rnew，则表现得更加出色，因为它是其中一个最严格的等级：Pebax Rnew 70R53，在相同的durometer D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Pebax Rnew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，Pebax Rnew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，同时也放大了其中的大部分特点，这都归功于聚酰胺相独特的晶体结构。由此可以在同一材料中将高性能和可持续性结合在一起，生态设计者值得为此高兴。 (end)