專利名稱：一種熱塑性聚酯彈性體的擠出設(shè)備及其擠出加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性聚酯彈性體的擠出設(shè)備及其擠出加工方法。
背景技術(shù)：
熱塑性聚酯彈性體是含有聚酯硬段和聚醚軟段的嵌段共聚物。其中聚醚軟段和未結(jié)晶的聚酯形成無定形相，聚酯硬段部分結(jié)晶形成結(jié)晶微區(qū)，起物理交聯(lián)點(diǎn)的作用。這種熱塑性聚酯彈性體簡(jiǎn)稱TPEE (Thermoplastic Elastomer Ether-ester)。TPEE具有橡膠的彈性和工程塑料的強(qiáng)度，軟段賦予它彈性，使它像橡膠；硬段賦予它加工性能，使它像塑料。與橡膠相比，它具有更好的加工性能和更長(zhǎng)的使用壽命；與工程塑料相比，它同樣具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而柔韌性和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能更好。TPEE具有高強(qiáng)度、高彈性、耐油、耐酸堿、耐高溫、耐輻射，動(dòng)態(tài)力學(xué)性能特優(yōu)等特性，使用溫度范圍很寬，為 +150°C，硬度范圍30-75D。 根據(jù)分子量的不同可分為注塑級(jí)、擠出級(jí)、吹塑級(jí)和改性級(jí)等。最初的研究開發(fā)TPEE的目的是為了紡織工業(yè)制備高彈性纖維。但現(xiàn)在TPEE已成為不可替代的高性能新型彈性體材料，逐步應(yīng)用于汽車安全氣囊展開門、工業(yè)車輪、消防膠管內(nèi)層膠、汽車防塵罩、滑雪靴底和電子電纜等領(lǐng)域。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，擴(kuò)寬應(yīng)用領(lǐng)域，需要對(duì)這種熱塑聚酯彈性體進(jìn)行改性，開發(fā)耐熱、阻燃和玻纖增強(qiáng)等產(chǎn)品。但在對(duì)TPEE進(jìn)行擠出改性的過程中，容易發(fā)生凝膠現(xiàn)象，這與TPEE的結(jié)構(gòu)有關(guān)。TPEE分子中含有較多的強(qiáng)極性基團(tuán)，如酯基和醚基等，這些基團(tuán)分子間存在著強(qiáng)的作用力和氫鍵形成物理交聯(lián)，這些物理交聯(lián)遇熱、空氣和水等溶劑的共同作用下呈可逆性的“連接點(diǎn)”，這些連接點(diǎn)不是化學(xué)交聯(lián)，但起著化學(xué)交聯(lián)的作用。這些點(diǎn)被稱為凝膠。如果在擠出加工過程中出現(xiàn)凝膠，在材料的后續(xù)使用中就會(huì)出現(xiàn)問題。比如在注塑的過程中，如果這些凝膠遷移到制品表面，就會(huì)產(chǎn)生類似麻點(diǎn)的小突起。特別是在一些薄壁制品中，這些凝膠不但會(huì)產(chǎn)生小突起，還會(huì)引起表面破洞等現(xiàn)象。擠出機(jī)主機(jī)一般由擠壓系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和加熱冷卻系統(tǒng)三部分組成。擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料斗、機(jī)頭、和模具，塑料通過擠壓系統(tǒng)而塑化成均勻的熔體，并在這一過程中所建立壓力下，被螺桿連續(xù)的擠出機(jī)頭；傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)螺桿，供給螺桿在擠出過程中所需要的力矩和轉(zhuǎn)速，通常由電動(dòng)機(jī)、減速器和軸承等組成；而加熱冷卻系統(tǒng)是塑料擠出過程能夠進(jìn)行的必要條件。擠出機(jī)工作時(shí)可分為輸送段、壓縮段和計(jì)量段。從料口最后一道螺紋開始叫輸送段，物料在此處要求不能塑化，但要預(yù)熱、受壓擠實(shí)。壓縮段的螺槽體積由大逐漸變小，并且溫度要達(dá)到物料塑化程度，此處將物料根據(jù)一定的壓縮比進(jìn)行壓縮塑化，然后送到第三段。第三段是計(jì)量段，此處物料保持塑化溫度，只是像計(jì)量泵那樣準(zhǔn)確、 定量輸送熔體物料，以供給機(jī)頭，此時(shí)溫度不能低于塑化溫度，一般略高點(diǎn)。由于一般擠出機(jī)的料斗是敞開的，料口和輸送段之間也直接與空氣接觸，物料從料口加入后攜帶著一些空氣和水分，在輸送段這些空氣和水分是和物料共存的，到壓縮段時(shí)由于螺桿剪切力變大， 溫度升高，會(huì)將一些氣體從排氣口排出，但每種物料都有一個(gè)合適的壓縮比，氣體不可能完全排出，仍會(huì)有一部分氣體留在物料內(nèi)通過計(jì)量段到達(dá)出料口。在這種空氣、水和熱共同作用的情況下生產(chǎn)熱塑彈性體時(shí)會(huì)產(chǎn)生凝膠?，F(xiàn)有熱塑性聚酯彈性體的加工方法一般和普通塑料或者工程塑料的類似，如專利 CN101608056A中所述，只對(duì)擠出機(jī)的溫度和螺桿轉(zhuǎn)速等進(jìn)行了限定。目前一些廠家的熱塑性聚酯彈性體的產(chǎn)品宣傳資料上推薦的加工方法也僅是對(duì)螺桿類型、長(zhǎng)徑比、壓縮比和溫度設(shè)定等進(jìn)行設(shè)定。熱塑性聚酯彈性體在這樣的方法下擠出時(shí)，空氣會(huì)隨原料進(jìn)入螺桿內(nèi)部，進(jìn)而形成空氣、水和熱的共同作用并生產(chǎn)凝膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供了一種用于熱塑性聚酯彈性體的改性加工用的螺桿擠出設(shè)備。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用上述的擠出設(shè)備對(duì)熱塑性聚酯彈性體進(jìn)行擠出加工的方法，以防止或者減少加工過程中凝膠的產(chǎn)生。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種用于熱塑性聚酯彈性體改性加工用的螺桿擠出設(shè)備，該擠出設(shè)備采用的是擠出機(jī)，擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料口、機(jī)頭，還包括一個(gè)氮?dú)獗４嫜b置，氮?dú)獗４嫜b置與擠出機(jī)的加料口是以一個(gè)軟管進(jìn)行連接的，軟管上安裝有分壓調(diào)節(jié)閥。所述的擠出機(jī)可選自單螺桿或者雙螺桿擠出機(jī)，其中，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比是 40 1 10 1，壓縮比為2 1 6 1，加工溫度是在熱塑性聚酯彈性體熔點(diǎn)以上 5 40°C;較為優(yōu)選的擠出機(jī)長(zhǎng)徑比為30 1 20 1，較為優(yōu)選的壓縮比是2. 5 1 4.5 1，較為優(yōu)選的加工溫度是在熱塑性聚酯彈性體熔點(diǎn)以上10 20°C。所述的氮?dú)獗４嫜b置選自氮?dú)獍⒌獨(dú)馄炕虻獨(dú)夤?。所述的氮?dú)鉃楦呒兊獨(dú)?，純度?9%以上。所述的軟管選自聚四氟乙烯軟管，耐受溫度為-70 250°C，耐受壓力為0 30MPa。本發(fā)明還提供了一種用上述的擠出設(shè)備對(duì)熱塑性聚酯彈性體進(jìn)行擠出加工的方法，該方法包括以下步驟分別將TPEE、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑混合均勻，加入加料斗；在擠出機(jī)啟動(dòng)前，將連接氮?dú)獗４嫜b置的軟管放入加料口處，并開啟分壓調(diào)節(jié)閥開關(guān)，將氮?dú)夥謮簤毫φ{(diào)節(jié)到0. 01 2MPa，2 10分鐘后開啟擠出機(jī)；在擠出過程中持續(xù)通入氮?dú)?，并保證氮?dú)夥謮簤毫υ?. 01 2MPa之間。所述的TPEE是由聚酯硬段和聚醚軟段的嵌段共聚物組成的；其中聚酯硬段為高硬度結(jié)晶t生Poly(butylerie terephthalate) (PBT) >Poly (ethylene terephthalat (PET) Polytrimethyleneterephthalate(PTT)等，聚醚軟段選自聚醚或聚酯；其中聚醚可選自聚乙二醇醚 Polyethyleneglycol (PEG)、聚丙二醇醚 Polypropylene glycol (PPG)或聚丁二醇醚Poly butylene ether (PTMG)，其中聚酯可選自聚丙交酯Polylactide (PLLA)、聚乙交酯 Polyglycolide (PGA)或聚己內(nèi)酯 Polycaprolactone (PCL)。所述的熱穩(wěn)定劑可選自抗氧劑1010、抗氧劑168和抗紫外劑Mll等的一種或者幾種。所述的潤(rùn)滑劑選自A-C540A、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣和EBS等中的一種或者幾種。
所述的通入氮?dú)獾膲毫^為優(yōu)選的為0. 05 0. 8MPa。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，可以進(jìn)一步加入玻璃纖維或阻燃劑。所述的阻燃劑選自三聚氰胺焦磷酸鹽、MCA和MPP等的一種或者幾種。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果第一本發(fā)明的擠出設(shè)備只需在擠出機(jī)加料口處壓入一個(gè)通氮?dú)獾能浌芗纯桑?jiǎn)單易行，且效果明顯，不會(huì)給生產(chǎn)帶來太高的成本。第二本發(fā)明的擠出加工方法在擠出過程中通過從加料口通入氮?dú)?，減少甚至排除了擠出過程中空氣的存在，這樣就不會(huì)生產(chǎn)熱、氧和空氣中的水共同存在的條件，凝膠就不會(huì)或者很少產(chǎn)生，擠出的熱塑性聚酯彈性體用于制作薄壁制品時(shí)表面光滑，幾乎沒有可觸性凝膠。


圖1表示本發(fā)明的用于熱塑性聚酯彈性體的擠出設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。1 氮?dú)獗４嫜b置；2 軟管；3 加料口 ；4 分壓調(diào)節(jié)閥；5 擠出機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。在以下實(shí)施例中，TPEEl表示結(jié)晶性PBT和聚乙二醇醚PEG組成的嵌段共聚物，熔點(diǎn)為210°C，硬度為 70D。TPEE2表示結(jié)晶性PET和聚己內(nèi)酯PCL組成的嵌段共聚物，熔點(diǎn)為204°C，硬度為 55D。TPEE3表示結(jié)晶性PTT和聚丙交酯PLLA組成的嵌段共聚物，熔點(diǎn)為200度，硬度為 30D。 GF表示玻璃纖維，ECS303H,重慶玻纖。FR表示阻燃劑，三聚氰胺焦磷酸鹽，市售。熱穩(wěn)定劑包括抗氧劑1010，抗氧劑168和抗紫外劑Mll等，市售。潤(rùn)滑劑A_C540A，汽巴精化。實(shí)施例1本實(shí)施例中所用的氮?dú)獗４嫜b置1為一個(gè)10升的氮?dú)馄浚b置1中存儲(chǔ)的是 99. 5%的高純氮?dú)?，所用的擠出機(jī)5是壓縮比為4 1，長(zhǎng)徑比是25 1的雙螺桿擠出機(jī)， 所用的軟管2是聚四氟乙烯軟管。將氮?dú)獗４嫜b置1與擠出機(jī)5的加料口 3是以軟管2進(jìn)行連接，軟管2上安裝有分壓調(diào)節(jié)閥4。實(shí)施例2本實(shí)施例所用的熱塑性聚酯彈性體為TPEEl，具體包括70重量份的TPEEl，30重量份的玻璃纖維ECS303H，0.5重量份的熱穩(wěn)定劑，熱穩(wěn)定劑包括按照1 1 1混合的抗氧劑1010，抗氧劑168和抗紫外劑Mll ；以及0. 5重量份的潤(rùn)滑劑。擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比是20 1，壓縮比是4. 5 1，各段溫度分別設(shè)為220 M0°C。分別將70重量份TPEE1、30重量份的玻璃纖維ECS303H、0. 5重量份熱穩(wěn)定劑和0. 5重量份潤(rùn)滑劑混合均勻，加入加料斗，在擠出機(jī)啟動(dòng)前，將連接氮?dú)獗４嫜b置的聚四氟乙烯軟管放入加料口處，并開啟分壓調(diào)節(jié)閥開關(guān)，將氮?dú)夥謮簤毫φ{(diào)節(jié)到0. 8MPa，2分鐘后開啟擠出機(jī)。在擠出過程中持續(xù)通入0. SMI^a的純度是99. 0%氮?dú)?，并從短玻纖加料口加入 30重量份的ECS303H。這個(gè)方法得到的玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚酯彈性體材料表面光滑，擠出料條摸不到明顯凝膠點(diǎn)。
實(shí)施例3 本實(shí)施例所用的熱塑性聚酯彈性體為TPEE2，具體包括65重量份的TPEE2，35重量份的阻燃劑和1重量份的熱穩(wěn)定劑，熱穩(wěn)定劑是指按照1 1混合的抗氧劑1010和抗氧劑168，1重量份的潤(rùn)滑劑。擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比是30 1，壓縮比為2.5 1， 各段溫度分別設(shè)為215 230°C。分別將上述TPEE2、阻燃劑FR、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑混合均勻，加入加料斗，在擠出機(jī)啟動(dòng)前，將連接氮?dú)獗４嫜b置的聚四氟乙烯軟管放入加料口處，并開啟分壓調(diào)節(jié)閥開關(guān)， 將氮?dú)夥謮簤毫φ{(diào)節(jié)到0. 05MPa, 10分鐘后開啟擠出機(jī)。在擠出過程中持續(xù)通入0. 05MPa 的純度是99. 9%氮?dú)?。這個(gè)方法得到的玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚酯彈性體材料表面光滑，擠出料條摸不到明顯凝膠點(diǎn)。實(shí)施例4本實(shí)施例所用的熱塑性聚酯彈性體為TPEE3，具體包括97重量份的TPEE3，3重量份的熱穩(wěn)定劑，熱穩(wěn)定劑是指按照1 1 1混合的抗氧劑1010，抗氧劑168和抗紫外劑 5411，1.5重量份的潤(rùn)滑劑。擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)，長(zhǎng)徑比是40 1，壓縮比為6 1，各段溫度分別設(shè)為205 240°C。分別將上述TPEE3、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑混合均勻，加入加料斗，在擠出機(jī)啟動(dòng)前，將連接氮?dú)獗４嫜b置的聚四氟乙烯軟管放入加料口處，并開啟分壓調(diào)節(jié)閥開關(guān)，將氮?dú)夥謮簤毫φ{(diào)節(jié)到0. 2MPa, 5分鐘后開啟擠出機(jī)。在擠出過程中持續(xù)通入0. 2MPa的純度是99. 5% 氮?dú)狻＿@個(gè)方法得到的玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚酯彈性體材料表面光滑，擠出料條摸不到明顯凝膠點(diǎn)。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種熱塑性聚酯彈性體的擠出設(shè)備，該擠出設(shè)備采用的是擠出機(jī)，擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料口、機(jī)頭，其特征在于還包括一個(gè)氮?dú)獗４嫜b置(1)，氮?dú)獗４嫜b置 (1)與擠出機(jī)( 的加料口( 是以一個(gè)軟管( 進(jìn)行連接的，軟管( 上安裝有分壓調(diào)節(jié)閥(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出設(shè)備，其特征在于所述的擠出機(jī)可選自單螺桿或者雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)的長(zhǎng)徑比是40 1 10 1，壓縮比為2 1 6 1，加工溫度是在熱塑性聚酯彈性體熔點(diǎn)以上5 40°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出設(shè)備，其特征在于所述的氮?dú)獗４嫜b置選自氮?dú)獍?、氮?dú)馄炕虻獨(dú)夤?；并且氮?dú)鉃楦呒兊獨(dú)?，純度?9 %以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠出設(shè)備，其特征在于所述的軟管可選自聚四氟乙烯軟管， 耐受溫度為-70 250°C，耐受壓力為0 30MPa。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的擠出設(shè)備對(duì)熱塑性聚酯彈性體進(jìn)行擠出加工的方法，其特征在于該方法包括以下步驟，分別將TPEE、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑混合均勻，加入加料斗；在擠出機(jī)啟動(dòng)前，將連接氮?dú)獗４嫜b置的軟管放入加料口處，并開啟分壓調(diào)節(jié)閥開關(guān)，將氮?dú)夥謮簤毫φ{(diào)節(jié)到0. 01 2MPa，2 10分鐘后開啟擠出機(jī)；在擠出過程中持續(xù)通入氮?dú)?，并保證氮?dú)夥謮簤毫υ?. 01 2MPa之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的TPEE是由聚酯硬段和聚醚軟段的嵌段共聚物組成的；其中聚酯硬段為高硬度結(jié)晶性PBT、PET或PTT，聚醚軟段選自聚醚或聚酯；其中聚醚可選自聚乙二醇醚、聚丙二醇醚或聚丁二醇醚，其中聚酯可選自聚丙交酯、聚乙交酯或聚己內(nèi)酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的熱穩(wěn)定劑選自抗氧劑1010、抗氧劑 168和抗紫外劑Mll的一種或者幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的潤(rùn)滑劑選自A-C540A、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣和EBS中的一種或者幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的擠出加工方法，其特征在于該方法可以進(jìn)一步加入玻璃纖維或阻燃劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的擠出加工方法，其特征在于所述的阻燃劑選自三聚氰胺焦磷酸鹽、MCA和MPP的一種或者幾種。
全文摘要
本發(fā)明屬于高分子材料加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熱塑性聚酯彈性體的擠出設(shè)備及其擠出加工方法。本發(fā)明提供的擠出設(shè)備采用的是擠出機(jī)，擠出機(jī)的擠壓系統(tǒng)包括螺桿、機(jī)筒、料口、機(jī)頭，還包括一個(gè)氮?dú)獗４嫜b置，氮?dú)獗４嫜b置與擠出機(jī)的加料口是以一個(gè)軟管進(jìn)行連接的，軟管上安裝有分壓調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明還提供了用該擠出設(shè)備對(duì)熱塑性聚酯彈性體進(jìn)行擠出加工的方法。本發(fā)明的擠出設(shè)備和擠出加工方法可更好的保護(hù)熱塑性聚酯彈性體在改性加工的過程中不被氧化，減少凝膠的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)B29K67/00GK102476440SQ20101055543
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者付?？? 呂勵(lì)耘, 陳學(xué)年 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料股份有限公司