1 Proprietà meccaniche
Regolando il rapporto tra segmenti morbidi e duri, la durezza degli elastomeri polietere-estere può essere variata in un ampio intervallo (Shore D 32–82); la loro elasticità e resistenza sono tra quelle della gomma e della plastica. Rispetto ad altri elastomeri termoplastici (TPE), gli elastomeri polietere-estere mostrano un modulo più elevato in condizioni di bassa-deformazione rispetto ad altri TPE di durezza equivalente. Quando il modulo è un parametro di progettazione critico, l'uso di elastomeri polietere-estere consente una riduzione dell'area della sezione trasversale-del prodotto finito, minimizzando così il consumo di materiale.
Gli elastomeri polietere-estere possiedono una resistenza alla trazione eccezionalmente elevata. Rispetto ai poliuretani termoplastici (TPU), gli elastomeri polietere-estere presentano moduli di compressione e trazione significativamente più elevati; di conseguenza, quando si fabbrica un componente identico utilizzando elastomero polietere-estere e TPU della stessa durezza, il primo è in grado di sopportare carichi più pesanti. A temperature superiori a quelle ambientali, gli elastomeri polietere-estere mantengono un modulo di flessione elevato, ma-a differenza dei TPU-non diventano eccessivamente rigidi alle basse temperature. Ciò li rende particolarmente-adatti per la produzione di travi a sbalzo o componenti di cuscinetti di coppia-e particolarmente ideali per applicazioni che coinvolgono ambienti ad alta-temperatura. Gli elastomeri polietere-estere dimostrano un'eccellente flessibilità alle basse-temperature; la loro resistenza agli urti con intaglio a basse temperature supera quella di altri TPE, mentre la loro resistenza all'abrasione è paragonabile a quella dei TPU. In condizioni di bassa-deformazione, gli elastomeri polietere-estere mostrano una resistenza alla fatica superiore e una perdita di isteresi minima. Questa caratteristica, combinata con l'elevata elasticità, rende il materiale una scelta ideale per applicazioni che comportano carichi ciclici ripetitivi, come ingranaggi, rulli, giunti flessibili e cinghie.
2 Proprietà termiche
A meno che non siano stabilizzati con antiossidanti, gli elastomeri termoplastici polietere-estere subiscono una rapida degradazione in varie condizioni-tra cui l'esposizione alla nebbia d'acqua, all'ozono e agli ambienti atmosferici esterni. Questa degradazione si traduce in una riduzione della viscosità e del peso molecolare relativo, una diminuzione dell'allungamento a rottura del materiale e un deterioramento del suo tasso di recupero elastico istantaneo. Questa reazione di degradazione nei polietere-esteri procede tramite un meccanismo di radicali liberi-, probabilmente avviato da un attacco ossidativo sugli atomi di carbonio adiacenti agli atomi di ossigeno dell'etere all'interno della struttura polimerica. Durante la scissione della catena si genera formaldeide; questa formaldeide viene successivamente ossidata ad acido formico, che, a sua volta, catalizza un'ulteriore scissione della catena. Per aumentare la resistenza degli elastomeri polietere-estere alla degradazione ossidativa, dovrebbero essere impiegati metodi di stabilizzazione appropriati; il sistema stabilizzante aggiunto dovrebbe comprendere spazzini di radicali liberi, decompositori di perossido e spazzini di formaldeide.
Gli elastomeri polietere-estere presentano un'eccellente stabilità termica; generalmente, maggiore è la durezza, migliore è la resistenza al calore. I resoconti della letteratura indicano che quando sottoposti a riscaldamento continuo per 10 ore a 110 gradi e 140 gradi, gli elastomeri polietere-estere non subiscono praticamente alcuna perdita di peso; anche dopo aver riscaldato per 10 ore a 160 gradi e 180 gradi, la perdita di peso rimane minima-solo 0,05% e 0,1%, rispettivamente. Le curve termogravimetriche isotermiche rivelano che gli elastomeri polietere-estere iniziano a perdere peso a 250 gradi, raggiungendo una perdita di peso cumulativa del 5% entro 300 gradi, con una significativa perdita di peso che si verifica oltre i 400 gradi. Di conseguenza, gli elastomeri polietere-estere possiedono una temperatura di servizio massima molto elevata-con limiti ancora più elevati per l'esposizione a breve-termine-e sono in grado di resistere alle temperature di-cottura della vernice (150-160 gradi) tipicamente riscontrate sulle linee di produzione automobilistica. Inoltre, mostrano una perdita minima delle proprietà meccaniche sia alle temperature estreme sia alle alte che alle basse. Se utilizzati a temperature superiori a 120 gradi, la resistenza alla trazione degli elastomeri polietere-estere supera significativamente quella dei poliuretani termoplastici (TPU).
Inoltre, gli elastomeri polietere-estere dimostrano prestazioni eccezionali alle basse-temperature. Il loro punto fragile scende al di sotto dei -70 gradi; inoltre, minore è la durezza, maggiore è la resistenza al freddo, consentendo l'utilizzo continuo della maggior parte degli elastomeri polietereestere per periodi prolungati a temperature fino a -40 gradi. Grazie alle prestazioni equilibrate esibite dagli elastomeri polieterestere sia negli intervalli di temperatura alti che bassi, possiedono una finestra di temperatura operativa eccezionalmente ampia, in grado di funzionare efficacemente nell'intervallo da -70 gradi a 200 gradi.
3. Resistenza ai mezzi chimici
Gli elastomeri polietere-estere possiedono un'eccellente resistenza agli oli e, a temperatura ambiente, possono resistere alla maggior parte dei mezzi chimici liquidi polari (come acidi, basi, ammine e composti glicolici). Tuttavia, sono sensibili agli effetti degli idrocarburi alogenati (ad eccezione dei Freon) e dei composti fenolici. Generalmente la loro resistenza chimica migliora in maniera direttamente proporzionale all'aumento della durezza. Gli elastomeri polietere-estere mostrano una solida resistenza al rigonfiamento e alla permeazione quando esposti alla maggior parte dei solventi organici, carburanti e gas; nello specifico, la loro permeabilità al carburante è solo da un-terzo a un-tre-centesimo di quella delle gomme convenzionali resistenti all'olio-come il neoprene, il polietilene clorosolfonato e la gomma nitrilica. Tuttavia, gli elastomeri polietere-estere presentano una resistenza relativamente scarsa all'acqua calda; l'aggiunta di stabilizzanti di policarbodiimmide può aumentare significativamente la loro resistenza all'idrolisi. È stato riportato che l'introduzione di PEN o PCT nei segmenti duri PBT all'interno delle catene molecolari degli elastomeri polieterestere produce materiali con resistenza all'acqua e al calore superiore.
4. Resistenza agli agenti atmosferici e resistenza all'invecchiamento
Gli elastomeri polietere-estere dimostrano un'eccellente stabilità chimica in un'ampia varietà di condizioni, inclusa l'esposizione alla nebbia d'acqua, all'ozono e all'invecchiamento atmosferico esterno. Come nel caso della maggior parte dei TPE, la degradazione avviene sotto l'influenza della luce ultravioletta (UV). Per mitigare questo effetto è possibile utilizzare additivi protettivi-tra cui nerofumo, vari pigmenti e altri materiali schermanti-. L'uso sinergico di antiossidanti fenolici e assorbitori UV di tipo benzotriazolo- si rivela particolarmente efficace nel fornire protezione contro l'invecchiamento indotto dai raggi UV-.
L'ossidazione indotta dalla luce e dal calore costituisce i due fattori principali che guidano la degradazione e l'invecchiamento degli elastomeri polieterestere. I copoliesteri PEG-PBT, in particolare, mostrano una scarsa resistenza sia al calore che alla luce, rendendoli altamente suscettibili a una grave degradazione termica-ossidativa e foto-ossidativa. Le temperature elevate accelerano questo processo di degrado. Man mano che l'invecchiamento avanza e il peso molecolare diminuisce, l'allungamento a rottura del materiale diminuisce e la sua velocità di recupero elastico istantaneo peggiora.
Inoltre, gli elastomeri polietere-estere presentano vari gradi di suscettibilità all'idrolisi. Se esposti all'acqua, questi elastomeri subiscono reazioni di reticolazione, che portano ad una maggiore formazione di sostanze gelatinose. La suscettibilità intrinseca dei copoliesteri PEG-PBT alla degradazione idrolitica è proprio la proprietà sfruttata quando vengono utilizzati come impalcature biomateriali per l'impianto nel corpo umano. In ambienti acquosi, i copoliesteri PEG-PBT si degradano attraverso un meccanismo idrolitico: le molecole d'acqua attaccano i legami esterei situati tra i segmenti PEG e PBT, provocando la scissione delle catene polimeriche. I prodotti di degradazione risultanti sono costituiti da PEG e frammenti di PBT a basso peso-molecolare-. La velocità di degradazione è influenzata da vari fattori-tra cui composizione, temperatura, livello di pH e attività enzimatica-con contenuto di PEG, temperature e valori di pH più elevati che generalmente portano a tassi di degradazione più rapidi. Regolando con precisione le proporzioni relative dei due componenti costituenti, il tasso di degradazione può essere adattato per soddisfare i requisiti specifici di diverse applicazioni.
5. Elevata resilienza
Quando i materiali TPEE vengono utilizzati nella produzione di molle, conferiscono ai componenti una durata eccezionalmente lunga. Questa funzionalità facilita il funzionamento regolare e stabile in applicazioni come i sistemi ferroviari, consentendo ai treni di eseguire manovre-tra cui avvio, accelerazione, decelerazione e arresto-con notevole fluidità. A differenza delle molle metalliche, non arrugginisce, non si deteriora in condizioni ambientali naturali, né soffre di fratture elastiche o perdita di elasticità. Inoltre, rispetto ai materiali in gomma, offre una riutilizzabilità superiore pur mantenendo un'eccellente elasticità.
6. Lavorazione e Stampabilità
Il TPEE possiede un'eccellente stabilità allo stato fuso e un'ampia termoplasticità, con conseguente eccellente lavorabilità. Può essere lavorato utilizzando una varietà di tecniche di lavorazione termoplastica, come estrusione, stampaggio a iniezione, soffiaggio, stampaggio rotazionale e fusione in fusione. A basse velocità di taglio, la viscosità del fuso del TPEE è relativamente insensibile alle variazioni della velocità di taglio; tuttavia, a velocità di taglio elevate, la viscosità del fuso diminuisce all'aumentare della velocità di taglio. Poiché i materiali fusi TPEE sono altamente sensibili alla temperatura,-con una viscosità del fuso che varia di un fattore da diverse a diverse decine di volte entro un intervallo di fluttuazione della temperatura di soli 10 gradi, -la temperatura deve essere rigorosamente controllata durante il processo di stampaggio.
Per garantire che il contenuto di umidità della resina rimanga inferiore allo 0,1%, è necessario pre-asciugare il materiale utilizzando un essiccatore ad-aria calda (a 80–120 gradi per 6–8 ore) prima della lavorazione.
1. Stampaggio per estrusione
Utilizzando estrusori di plastica standard, il TPEE può essere estruso in varie forme come fogli, tubi, barre e rivestimenti di cavi. In genere viene utilizzato un design della vite-per uso generale, con approfondimento graduale, caratterizzato da un rapporto tra lunghezza-e-diametro (L/D) maggiore o uguale a 24:1 e un rapporto di compressione di (2,7–4):1.
2. Stampaggio ad iniezione
Le tecniche di stampaggio ad iniezione consentono la produzione di articoli in un'ampia varietà di forme e dimensioni. Per questa applicazione sono preferite le macchine a iniezione a vite alternative-, poiché producono una massa fusa con una distribuzione della temperatura altamente uniforme e costante. La profondità del canale della vite dovrebbe seguire un profilo graduale; si consiglia un rapporto di compressione di 3,0–3,5, insieme a un rapporto L/D della vite di (18–24):1. Le pressioni di iniezione in genere vanno da 80 a 120 MPa, utilizzando una velocità di iniezione da lenta-a-media.
3. Stampaggio mediante soffiaggio
Le applicazioni di stampaggio per soffiaggio richiedono resine che presentino elevata viscosità e resistenza del fuso. Applicando tecniche di estensione della catena chimica-durante l'estrusione del polimero-in particolare incorporando segmenti funzionali speciali nelle catene molecolari del TPEE-è possibile produrre gradi TPEE ad alta-viscosità in grado di soddisfare i requisiti per lo stampaggio a soffiaggio di componenti specializzati di grandi dimensioni (come i condotti di aspirazione dell'aria del motore).
4. Altri processi di stampaggio
Il TPEE è adatto anche per processi come lo stampaggio rotazionale e la fusione in fusione. Ad esempio, lo stampaggio rotazionale può essere utilizzato per produrre articoli come palloni e piccoli pneumatici tubeless. La fusione in fusione, invece, offre i vantaggi di bassi costi di lavorazione e di eccellente stabilità dimensionale nei prodotti finiti.
