2022年第八届鞋材高峰论坛上,中国科学院化学研究所 朱平 博士为我们带来《国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用》精彩分享。朱博士简单介绍了尼龙弹性体的性能及应用,并分享了国产新型长碳链聚酰胺弹性体的研发历程,该材料采用了生物基来源原料参与聚合,性能可控,可实现大量牌号的设计。
下面是部分内容文字版:
我来自中国科学院化学研究所,向大家汇报一下我们在新型长碳链聚酰胺弹性体及其在鞋材领域上的应用。来看一下这个长碳链聚酰胺弹性体,大家可能讲的更多点是讲PEBA,实际上从学术上,或者我们俗称上有一些不同的说法,比如叫长碳链聚酰胺弹性体LCPAE,还有PEBA的说法,它实际上是有长碳链聚酰胺作为硬段,然后聚醚作为软段共聚到一起的,具有一种微向分离结构的这样的材料。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
为什么讲这个新型呢?实际上是我们开发的这个材料,可以使用生物发酵法制备的原料以及生物基原料来制备。那么某种程度上,它可以替代石化来源的PA12作为硬段,但是它并不是一个简简单单的替代。实际上这个材料它还有一些特殊之处。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
大家可以看一下这个表,横坐标是它的结晶温度,纵坐标是它这个熔点。大家发现,PA12的这一系列弹性体的话,它的这个结晶温度往往是比较低的。而用我们开发这个材料,结晶温度是比较高的。
大家可以看一下右面这张图,对于我们30D的这个样品和40D的样品,这两个偏软的这个样品,我们的结晶温度能做到120℃以上,这个时候,就给我们热加工的定型带来很多的便利,大大的提高它的效率。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
此外,我们实现的这个25D到70D的多种硬度和模量牌号的设计。这是它的DMA曲线,那么我们可以根据用户的一些需求,来特定控制它这些热转变的这个行为,包括来调控它的弹性也好或者是拉伸性能。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
那么这是我们这个产品的外观,大家可以看一下,基本是半透明的,微微的黄色的这种感觉。目前我们开发了几个牌号就是KHX,那么后面ABCD是它一些数字。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
首先我们要对这个PEBA新的初生料进行改性,使它稳定化。我们可以用一些拉伸熔体流变或者旋转流变仪的方式来开发它的一些改性配方,然后让它能在长时间下面保持一个稳定,同时有很好的这个拉伸熔体的强度。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
大家可以看一下这个,左边的初生料的发泡,如果大家没有对它改性,它这个泡孔就是有点瘪的,它是在发泡过程中,强度不足,部分坍塌了,这时候它的直径就有25微米。
大家可以看一下改性料的发泡珠粒,它这个泡孔非常坚实,直径32微米。这是两个料非常显著的一个对比。
那么我们也对这个材料进行了一些发泡条件的摸索,我们可以从改性料做到发泡7.4倍,或者发泡13倍,那么大家可以看一下这个右下这幅图。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
相当于是通过特定的发泡工艺,我们能控制这里面这个泡孔尺寸的大小,根据这个大小来控制它的密度,包括回弹的特性。我们可以说,到目前为止,我们成功开发了珠粒发泡成型的这个型号,而且能够适用用户现有的TPU发泡和成型设备进行加工。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
PEBA发泡珠粒成型之后抗撕裂是一个很大的挑战。如果我们把它这两个珠粒放大来看的话,关键是在于它中间这个皮层部分能不能够良好的接触到一起并部分熔化,那么这点实际上是难度在哪了?就是我既能使皮层部分熔化,但是我这个壁的这个珠粒它没有熔化,这样既保持了表面的这个熔接,又能保持我整体的这个尺寸稳定性。
至于焊缝,通过这个SCM来看,我们现在一般焊缝能控制到10-20微米,这个PPT就向大家展示一下,我们KHX7035发泡成型件密度0.13g/m³这样的一个压缩的性能。
那么基本上的话,大家可以看一下这个,这张图的这个插图,这个粉红色的这个位点,那么基本在多次的压缩循环之后,它的这个能量回复率能做到90%以上,这个实测的数据是91.5%。
另外我们有一个正在开发的配方,我们的能量回复率能做到94%,接近到95%这个程度,那么但是那个料,它的一些加工性能比较特殊。
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
最后总结一下,我们中科院化学所与新元化学联合攻关,实现了国产新型PEBA工业化量产,特点如下:
  • 我们拥有自主知识产权和专利群

  • 产品部分使用生物基的原料

  • 硬度我们可以从30D做到60D

  • 同时适应多种发泡工艺

  • 发泡之间最小密度做到0.1g/m³
国产新型长碳链聚酰胺弹性体及其鞋材领域的应用
我们的定位就是致力为鞋材行业提供一个高性价比的新型PEBA材料,这些轻量化的技术方案,并且能根据这个用户要求进行定制化开发,我想这个是我们的一个经验,也是我们努力的一个方向。
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原文始发于微信公众号(艾邦弹性体网)

作者 duan, yu