乾貨一篇文章盤點SEBS發泡材料應用亮點

2021-02-19 UTPE彈性體門戶

SBS是一種優異的苯乙烯系熱可塑性彈性體,不必經硫化即具有類似硫化橡膠的物理性質,可直接注射成型,並且能百分之一百回收利用,已被廣泛地應用於各領域,目前最大的應用以鞋材為主。但SBS主鏈上含有大量的脂肪族雙鍵,對天候、紫外線、臭氧和熱的抵抗性不佳,容易劣化,使其應用範圍仍受到許多的限制。因此,第二代苯乙烯系熱可塑性彈性體SEBS於1972年應運而生。

SEBS發泡材料的發泡/架橋系統發泡與架橋的關係對SEBS發泡材料而言,其發泡系統與一般EVA發泡系統相同,就是以過氧化物架橋,再以化學發泡劑發泡,成獨立泡體的發泡材料。在發泡理論中,當氣泡擴張膨脹速度愈快,則穩定時間愈短,此時橡塑材料的熱熔融粘度的控制極為重要,過高則無法發泡,過低則氣體會自塑料溢出。

SEBS發泡材料在模外發泡時,架橋度與膠體熔融粘度呈線性關係,若發泡比加硫(架橋)早太多,製品表面會因有氣體排出而易產生連續氣泡甚至造成發泡製品破裂。若加硫比發泡太早發生,則會因膠體架橋粘度上升,使發泡不易進行,呈現發泡不足的狀況。故對SEBS發泡而言,發泡速率與架橋速率的搭配極為重要,建議最好能呈現先架橋後發泡的狀態,但架橋與發泡時間不可差距過大,如此所得的發泡成品性能最佳。

一般橡塑料的發泡成型法大致可分為:

機械發泡法:機械發泡法是藉助於機臺的強烈攪拌,使氣體均勻地混入橡塑料熔體中形成氣泡,此過程產生的氣泡容易消失,因此採用機械發泡時需加氣泡穩定劑。

物理髮泡法:藉助於發泡劑在樹脂中物理狀態的改變,形成大量的氣泡。一般物理髮泡劑可分為三類:惰性氣體系、低沸點液體系和固態空心球等,目前一般使用較多的是低沸點液體系物理髮泡劑。

化學發泡法:化學發泡劑受熱發生化學變化,從而分解並產生氣體,促使橡塑料聚合物發泡。代表性的化學發泡劑有偶氮化合物(ADCA、AZDN)、亞硝基化合物(Nitriso)、無機系化合物(碳酸氫鈉、碳酸鈉)與聯胺類(OBSH、TSH、BSH)等,發泡劑可單獨或搭配使用。

選用化學發泡劑時,應注意其適用於非結晶聚合物,發泡劑的分解溫度應比聚合物的流動溫度高出10℃左右。如果分解溫度高出聚合物太多,則可用活化劑(氧化鋅、尿素等)來降低發泡劑之分解溫度。對結晶型聚合物,發泡劑的分解溫度應比交聯劑的活化溫度高出10℃左右。分解溫度和發氣量是選用化學發泡劑的主要依據。

SEBS發泡材料建議使用高溫型偶氮化合物化學發泡劑-偶氮二甲醯胺(Azodicarbonamide-ADCA)為主,其為淺橙色粉末,分解溫度190℃~210℃,發氣量220ml/g,可藉發泡助劑(ZnO、尿素等)將發泡反應溫度調整到150~200℃之間,分解的殘留物無毒、無汙染,經FDA 認可,為最廣泛使用之發泡劑。料溫超過 220℃時,NH3急劇釋放。

SEBS發泡材料受熱熔融時,膠體的粘度急速下降,在發泡過程中,為了保持住氣體,膠體必須具有一定的粘彈性,因此必須添加架橋劑。SEBS發泡材料建議採用的架橋方式為過氧化物架橋。過氧化物架橋所使用的架橋劑以DCP(Dicumyl peroxide)為最常見,且因過氧化物架橋是形成C–C結合,所以不要求橡膠分子必須具有雙鍵結構,故可適用多種橡膠。不過由於SEBS是屬於類橡膠的材質,且屬於飽和結構,因此其在架橋時,會較一般EVA困難,所以SEBS發泡材料所添加的架橋劑或架橋助劑量會較一般EVA發泡材料略多。

壓縮變形、止滑的特性優於EVA發泡板,其物理特性與傳統的CR、EPDM、SBR相近,具有製程簡單、無橡膠異味、易調色等優點。 因脂肪族雙鍵已飽和化,具有耐天候、紫外線、氧、臭氧和熱的優點。 可使用於加入各種橡膠/塑料之混煉品混合,或者用於各種熱可塑性橡/塑料中作為耐衝擊、止滑、耐磨、抗壓縮、耐寒之改質材料。 

具有類似CR、SBR或PU發泡材的柔軟觸感,但製程更加簡易且不具異味或吐霜之困擾。 

與其它高發泡、低比重的柔軟發泡材相比,具有較佳的物性與尺寸安定性。 

拉伸回復性與伸長率優異。 

其它特性包括:可塑性佳;高強韌度;觸感佳;高耐壓縮性;高柔軟性;耐候性佳;產品霧面佳;高止滑性和耐低溫性等。

傳統發泡加工的方式多為模壓成型(平板發泡),由於過程較為煩瑣,現階段已發展為注射發泡成型。雖然注射發泡成型技術層次較高,但從經濟效益(約可節省45%的效率)、模具設計等角度來考量,將大幅降低製造成本、產品設計更多樣及功能化,因此在業界已大量取代傳統模壓發泡成型技術。

除此之外,SEBS發泡材料與各種橡膠、塑料兼容性極高,可依配方基材的不同,調配出不同特性及功能的產品,這也是現有發泡材料所欠缺的主要優勢之一。

在EVA發泡材料的領域中雖然有許多應用製品,但是因受限於EVA塑性材料本身在柔軟性、耐壓縮性、止滑性、彈性與材料拉伸性等方面的特性較差,所以皆會使用彈性體來當改質劑。經過SEBS發泡材料改性後的EVA具有更佳的動態粘彈性質(符合人體工學的測試要求)。

目前許多EVA發泡廠皆有使用彈性體(如Dupont公司的EPDM及Engage等)作為改質材料,其硬度較高。SEBS發泡材料與EVA兼容性佳,且與此類改質材料比較,具有更佳的軟硬度範圍、柔軟觸感及更低的抗壓縮歪等等。由於SEBS發泡材料具有柔軟與柔和質感之優勢,目前已有許多國際知名運動鞋品牌指定使用SEBS發泡材料。

發泡材料在休閒運動品的應用包含有:韻律舞運動墊、浮板浮床、救生衣、潛水衣、護肩、護膝墊及瑜珈墊等,然而每種製品所要求的材料特性不一,如韻律平衡墊的高柔軟性;浮板浮床的超低比重;潛水衣的耐候性、高拉伸回彈性、低吸水性及耐鹽水性;護肩護膝墊的高彈性及可塑性;發泡防護材(美式足球頭盔內襯)耐變形性等。

尤其現階段,瑜珈墊的材料幾乎都是PVC製品。在法律及環保的訴求之下,全面禁用的聲浪此起彼伏,因此誰先掌握PVC材質的替代材料,誰就擁有未來的商機,而這個構想已先後被許多墊材製造廠商,利用SEBS發泡材料付諸行動了。

運動休閒用品這塊領域,因必須具備柔軟性及柔和觸感,SEBS發泡材料將極具優勢。且SEBS發泡材料的特色在於極佳的彈性、熱固性材料所缺乏的可塑性、邊料可回收性等。因此在運動防護材的應用,具有極高競爭力,將朝向取代傳統熱固性發泡材料,並賦予環保材料的構想而出發(熱固性發泡材料皆具硫磺臭味、且顏色無法多變化),所以SEBS發泡材料將越來越多地用於製造運動墊、瑜珈墊及韻律平衡墊等休閒運動用品

SEBS發泡材料在嬰幼兒用品領域中的主要應用是製造發泡輪製品,可以改善發泡輪的止滑性、彈性、表面消旋旋光性及耐低溫性。

通常EVA發泡輪製品的表面非常光亮,而具霧面效果(Non-shining)的發泡輪製品的需求來自於歐洲,此種製品(嬰兒車)的售價高,所要求的發泡輪特性就相對地嚴格。另一方面,EVA或其它改性的材料,處於酷寒當中硬度會提高甚至失去彈性。

在嬰兒車發泡輪方面,SEBS發泡材料的著力點,就是類似橡膠材料產品的特性—製品表面霧度極佳,這也是塑料類EVA所沒有的特性。除此之外,應用在歐洲地區嬰兒車發泡材料所應具備的耐低溫性,也是以SEBS發泡材料的表現為最佳,並可避免發泡輪處於酷寒當中硬度變高、失去彈性的缺點。因此,SEBS發泡材料在發泡輪上應用前景值得期待

箱包內襯材料的(皮包、皮箱、飾品盒)主要應用訴求重點是:高拉伸回彈性、材料可塑形性與皮革及布料的貼合性等,由於EVA發泡材料及其改質劑中有絕大部分是塑性材料,因此使用的缺點是:布料的貼合性差、觸感及柔軟度不佳、低硬度製品的限制等。根據了解,箱包內襯發泡材料製品為了符合歐盟各國法律關於綠色材料的要求,從今年7月1日開始歐盟正式禁用PVC,屆時所有PVC製品將被限制使用。

SEBS發泡材料的優勢在於良好的拉伸性、彈性回復力、產品造型可塑性等。相對於SBR、NBR、CR等發泡製品,SEBS發泡材料的另一優勢是材料可以回收再利用,完全合乎環保材料的訴求。

另一方面,傳統熱固性硫化發泡橡膠(SBR、NBR、CR等)製品,雖不至於被淘汰,但已過了商品成熟期,漸漸走向低價競爭的衰退期,也因為如此大部分業者已開始轉型往熱可塑橡/塑料發泡材料方面發展。

SEBS發泡材料的開發,將能克服一些傳統發泡材料無法解決的問題,並且兼具許多不同發泡材料的優點,例如具有EVA發泡材料的低比重特性,PU發泡材料的低壓縮歪、高彈性及止滑特性,且製程簡單,可以二次成型做成複雜造型產品,最重要的是完全不含任何有毒物質,可以百分之一百回收。此外,SEBS發泡材料將使得製造廠商及設計師在材料使用與設計上有更多元化的選擇。

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