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TPX介绍

TPX

如今,TPX因其突出且独特的透明性、耐热性及耐化学品性而有极为广泛的应用。典型的应用包括医疗设备,实验室器材,小器具,烤箱器具,烘烤盒,离形纸,电线及电缆涂覆,以及一些工业用途等。目前,三井化学(Mitsui Chemicals, Inc)为上的TPX制造/销售商。TPX为基于4-甲基戊烯(4-methylpentene)的聚烯烃。4-甲基戊烯可由丙烯二体化而得,而TPX为4-甲基戊烯的共聚合体,如下所示:


主要特色



机械性质

TPX的一些机械性质如表1所示。一般而言,TPX的性质有点类似于聚烯烃,譬如TPX的某些机械性质与聚丙烯相当类似。当然,TPX也有其特别的地方。

TPX的玻璃转变温度(Tg)约在20℃至30℃之间,因此,TPX在室温或室温以下的机械性质与在高温下有所不同。TPX在室温或低于室温以下的机械性质与聚丙烯相似,但断裂伸长率与耐冲击强度略低一点。然而,在高温下,TPX显现更佳的柔曲性,因此有相当高的断裂伸长率与耐冲击强度。透明TPX的成型品只要能保持良好形状且无凹口,其耐冲击强度可与聚丙烯均聚合体比拟,且优于聚苯乙烯(一般)。另外,透明TPX的曲折模数亦与聚丙烯相近。



TPX具有优良的耐蠕变性。TPX在20℃及50 kg/cm2的应力下的蠕变行为如图1所示。由图可看出TPX的耐蠕变性较聚丙烯共聚合体及高密度聚乙烯为优。


光学性质

透明TPX是无色的,其透光率可达90%。图2比较TPX与各种材料在不同波长下的透光率。在可见光范围内,TPX的透光率与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)相当,略优于PS(聚苯乙烯)。而在紫外线范围内,透明TPX的透光率优于玻璃与其他透明树脂。



热性质

TPX的一些热性质如表1所示。TPX的熔点高,约为240℃,所以具有优良的耐温性。 TPX的热变形温度与聚丙烯(均聚合体)相当,但TPX的熔点高,使其Vicat软化点高于聚丙烯。温度对TPX的抗张屈服强度的影响如图3所示。由图可看出TPX在150℃以上的温度仍可维持一些强度,而聚丙烯已软化。整体来说,TPX的使用温度高于聚丙烯。另外,如表1所示,矿物填充MBZ 230的热变形温度因曲折模数的提高而有所改善。


如果以2×120×20 mm试片夹起,观察其在测试温度下维持5小时后的变形量。TPX与一些树脂的热变形试验结果如图4所示。很明显的可看出TPX在高温下的变形量要较其他树脂小得多。从这个观点来说,TPX具有相当优良的耐温性。

TPX的耐高温老化性极为突出。如果将TPX置于烘箱中老化,观察其是否有产生破裂的现象,便可了解到其使用寿命。TPX在高温下的使用寿命如图5所示。由图5可看出TPX的长期耐温性相当优良。

然而,必须注意的是TPX的使用寿命会受到安定剂配方与使用条件的影响性。在老化时,如果达到某一极限程度,TPX会变黄且变脆。一些安定剂可延缓老化与劣化现象。如果TPX成品需要更高的耐高温老化性,建议使用MSH 204色母(含耐热耐老化安定剂)。另外,TPX的应用场合如果会与铜接触,建议使用MSC 402色母,这种色母是设计来抑制铜所导致的腐蚀。


TPX分子中无极性基,因此TPX具有优异的电气绝缘性质。TPX的介电常数非常低(2.12),几乎可以说是所有合成树脂中低者。以是FR-TPX具有优异的电气性质。TPX的介电损失很低,如图6及图7所示。整体而言,TPX的电气性质与聚四氟乙烯(PTFE)及电线电缆低密度聚乙烯(LDPE)相当,有时更为优良。


电气性质

TPX分子中无极性基,因此TPX具有优异的电气绝缘性质。TPX的介电常数非常低(2.12),几乎可以说是所有合成树脂中低者。以是FR-TPX具有优异的电气性质。TPX的介电损失很低,如图6及图7所示。整体而言,TPX的电气性质与聚四氟乙烯(PTFE)及电线电缆低密度聚乙烯(LDPE)相当,有时更为优良。



密度

TPX的密度仅有0.83 g/cm3,可说是所有商业化的热塑性塑胶中低者。因此,TPX的比容(specific volume)要较其他树脂为大,如图8所示。其他透明树脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(密度为1.20),聚碳酸酯(PC)(密度为1.20)及聚苯乙烯(PS) (密度为1.05)比较,TPX的每单位体积的重量要小得多。



耐化学品性

TPX对许多化学品皆有优异的耐受性。然而,TPX会受到一些芳香族溶剂及卤化碳氢化合物溶剂的影响,依环境条件而定。表2比较TPX与其他聚合体的耐化学品性。TPX的耐酸性与耐碱性优异,对食用油的耐受性也是相当优异,但对一些溶剂如丙酮及三氯乙烯等的抵抗力较差。与一些透明树脂如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),聚碳酸酯(PC)及聚苯乙烯(PS)比较,TPX的耐化学品性是相当优良的。



化学品
TPX
其他透明树脂
RT18
MX004
MX001
PS
PMMA
PC
硫酸(98%)
A
A
A
A
(C)
(C)
硝酸(61%)
(A)
(A)
(A)
B
(C)
B
盐酸(36%)
A
A
A
(D)
(A)
(D)
醋酸(10%)
A
A
A
A
(A)
A
氨水
A
A
A
A
(A)
(C)
氢氧化纳(40%)
A
A
A
A
(A)
(C)
0.1 N过锰酸钾
B
B
B
A
(A)
(A)
草酸钠(10%)
A
A
A
A
(A)
(A)
有机溶 剂 甲苯
B
B
B
(C)
(C)
C
丙酮
(A)
(A)
(A)
(C)
C
(C)
丁酮
(A)
(A)
(A)
(C)
(C)
C
甲基异丙基酮
B
B
B
(C)
(C)
C
福尔马林
A
A
A
A
(A)
A
三氯乙烯
C
C
C
(C)
(C)
(C)
乙醛
(A)
(A)
(A)
(A)
(C)
(A)
食用油 橄揽油
A
A
A
A
A
A
奶油(60℃)
A
A
A
A
(A)
A
汽车材料 汽油
B
B
C
(C)
A
(A)
煞车油
A
A
A
B
(D)
(C)
汽车蜡(60℃)
C
C
C
(C)
(A)
(A)
煤油
B
B
B
(C)
(A)
(A)

注:
A:不变或影响很小;
(A):重量少许改变货物性稍微降低;
B:膨润,物性降低或外观改变;
C:严重膨润,外观明显改变;
(C):溶解;

(D):破裂发生。



吸水率与耐沸水性

作为一种聚烯烃,TPX具有特别优良的耐化学品性,特别是耐溶剂龟裂(solvent cracking)性。 评估耐溶剂龟裂性是将试片浸于溶剂中,施以应力一段时间后观察是否有龟裂的现象。开始发生龟裂的应力称为溶剂龟裂的端始应力(threshold stress)。一般而言,端始应力越高表示耐溶剂龟裂性越佳。然而,在溶剂中改变应力是相当麻烦的。利用弯曲变形量与曲折模数可计算出应力,可利用曲率持续变化的特殊的夹具使试片形成不同程度的变形。所用的试片尺寸为120’12.5’3.1 mm,而如图10所示的具椭圆周线的夹具,其长轴为240 mm,短轴为80 mm,便可提供不同的曲率。变形的试片在溶剂中浸泡1小时后观察其龟裂现象。而溶剂龟裂的端始应力δ便可由发生龟裂点的曲率(半径)r依下式求得:


在此,E为试片的曲折模数,单位为kg/cm2,t为试片的厚度,单位为cm,而发生龟裂点的曲率r的单位为cm,因此端始应力δ的单位为kg/cm2。TPX与一些透明树脂的溶剂龟裂发生的端始应力如表3所示。由表3的比较可看出,PMMA与PC容易造成溶剂龟裂,而TPX具有优良的耐溶剂龟裂性。



室温
TPX
透明树脂
RT18
MX004
PMMA
PC
曲折模数(kg/cm2)
14,000
8,000
35,000
24,000
溶 剂 甲苯
无异常
无异常
140
90
丙酮
195
160
140
245
甲基异丁基酮
290
200
140
90
醋酸乙酯
290
无异常
140
90
醋酸丁酯
无异常
无异常
140
110
乙二醇单正丁基醚
130
120
140
220
甲醇
无异常
无异常
250
无异常
乙醇
无异常
无异常
280
220

龟裂状态
细微发状龟裂
发生于角落

吸水率与耐沸水性

TPX的吸水率极低,仅为0.01%,因此对水及水蒸气具有极高的耐受性。 树脂可能会因吸水而造成变形,因此,观察吸水后的变形现象可评估耐水性。将尺寸为120’130’2 mm的试片与水的表面接触,每隔一段时间观察其变形量a,如图11所示。而变形比的定义为(a-t)/t,在此,t为试片的厚度。TPX与一些树脂的变形比与接触水的时间的关系如图11所示。很明显的可看出TPX具有优异的耐水性。TPX与一些透明树脂浸于沸水中,每隔一段时间后测量其光学性质,结果如图12所示。PC与聚芳香酯(polyarylate) 在沸水中浸泡数十天后,透光率大幅降低,模糊度也大幅升高,显示其耐沸水性不佳。而TPX在沸水中的透光率的降低量很小,而模糊度的升高也不大,因此具有优异的耐沸水性。




耐候性

TPX的耐候性与聚丙烯相当。TPX会受紫外线的影响而劣化,如图13所示,在耐候机中照射紫外线,TPX的抗张屈服强度会逐渐因劣化而下降。然而,此问题可利用UV安定剂加以解决。譬如说使用MSW 303(一种UV安定剂)可提升TPX对紫外线的耐受性,如图13所示,添加5%的MSW 303后,TPX具有极为优良的抗紫外线性。



卫生安全性

基本上,TPX为一种惰性,无毒的材料,对人体健康无危险性。
一些可与食品接触的食品TPX符合美国FDA的规定(Code of Federal Regulations Title 21, Section 177.1520),也遵守药物主档案3621 (Drug Master File 3621)及德国BGA建议(BGA recommendation)(A-XLIII)的要求。



食品TPX符合日本政府标准(Japanese Government Standards)在与食品接触的塑胶制家庭用品,容器及包装应用上的要求(Notification No. 20, Ministry of Health and Welfare, 1982)。
食品TPX亦符合日本卫生烯烃与苯乙烯塑胶协会(the Japan Hygienic Olefin and Styrene Plastics Assosiation)对与食品接触的塑胶制家庭用品,容器及包装材料所作的标准规格。



燃烧性

TPX的燃烧性大致与聚丙烯相等。TPX RT18与MX001的UL 94燃烧性是属于HB。TPX RT18的UL 746B温度指数为115℃。



应用

TPX提供了许多性质的绝佳组合,适合于广泛范围的应用。表4及表5描述TPX的各种应用所建议使用的等与所利用的特性。

应用
所用等
所利用的特性
说明
射出成型零件
血液分析槽 RT18 透明
耐化学品性
耐热性
由于TPX在可见光与紫外线范围有高透光率,TPX可制成绝佳的血液分析槽。
医疗仪器 RT18
MX004
透明
高温消毒性
耐化学品性
注射针筒,离心试管,细菌培养皿,三通开关等医疗器材可用TPX制得。
实验室器材 RT18 XB
MX002
MX004 XB
透明、防碎
耐化学品性
耐热性
TPX没有玻璃器材的重与易碎的缺点,TPX制实验室器材可防碎,易于操作,且耐久性极佳。
化学处理盘 MX004
MBZ 230
耐化学品性
耐热性
TPX已证实为此应用的佳塑胶,可取代贵而重的不锈钢。
化学处理的浮标 MX002
MX004
质轻
耐化学品性
耐热性
钢滚磨使用TPX作为在硫酸或盐酸池中的节省热损失的热绝缘浮标
微波炉盘 RT18 XB
MBZ 230
透明、耐热性、
耐吸水性、
无毒
优异的电气性质(在高频下的介电损失低)及耐热性使TPX适用于微波炉。
实验室的动物笼 MX004 XB 透明、耐蒸气、
耐化学品性
TPX的突出透明性,在蒸气下消毒与清洗的安定性以及耐化学品性使其适于此用途。
咖啡漏斗
(咖啡炉零件)
RT18 透明、
耐热水性
TPX的耐热水性远优于其他透明树脂,故特别适于此应用。
化妆品容器与盖子 RT18
MX002
MX004
透明、
耐化学品性
TPX的耐酒精性优于其他透明树脂,在此应用中是一重要性质。
押出成型品
窗玻璃(管、板) MX002
MX004
透明
耐化学品性
耐热性
与玻璃相比,TPX的耐冲击强度较高,比重较小、所以较轻,而TPX的耐化学品性优于金属。
烘烤盒(食品容器) DX820 耐热性
离形性
TPX涂覆的纸盒可用来以微波炉或烘箱制作面包,蛋糕及其他食物,此因TPX具有优异的耐热性。与铝箔制容器相较,TPX烘烤盒具有优异的离形性。
离形纸 DX820
MX002
耐热性
离形性
良好的耐热性及离形性使TPX适用为合成皮用的离形纸。
电线电缆涂覆 MX002 电气性质
耐热性
耐油性
TPX的优异电气性质,耐热性以及耐油性使其可应用于电线,电缆,油井及油田电缆的涂覆。
RT18
MX002
MX004
离形性
耐热性
耐食用油性
TPX可用为制造装潢纸,印刷电路板的分隔膜,也可应用于复合膜及食品包装膜、