输液器滴斗用TPE 材料研究

李昌鑫 刘华龙 上海康德莱企业发展集团股份有限公司 （上海 201803）

乙烯- 辛烯嵌段型共聚物(OBC) 是美国Dow 公司最近几年开发出的一种新型烯烃嵌段共聚物，通过将无规乙烯-辛烯共聚物和乙烯-辛烯烯烃嵌段共聚物的结晶温度和熔点对比之后发现，OBCs 的熔点和结晶温度要比烯烃无规物高出几十度。与其他的可比材料相比，OBCs 在70˚C 下具有非常理想的压缩形变特性。OBCs 的压缩形变性和TPVs 及热塑性聚氨酯等高性能热塑性弹性体相差无几。其结晶温度高于普通乙烯辛烯共聚物，并且成型周期很短，同时也具有优良的耐热性能和回弹性，压缩变形性能比PVC 和EVA 更好。OBC 的粘性与苯乙烯-异戊二烯苯乙烯相似。同时，所有这些优异性能建立在材料较低的使用成本的基础上。OBC 材料能够为生产商提供其所需的许多性能，已经超过Dow 的茂金属Engage 聚烯烃弹性体（POE）。

1.实验部分

1.1 实验原料及助剂

共聚PP：5250T，台塑聚丙烯(宁波)有限公司；OBC：9807，美国陶氏化学公司；硬脂酰胺；白油；抗氧剂1010；抗氧剂168。

1.2 实验设备

双螺杆挤出机：SK-160B,上海思南橡胶机械有限公司；邵氏硬度计：LX-A 型橡胶硬度计,江都市新真威试验机械有限公司；熔融指数仪：XRZ-400 吉林大学仪器厂；注塑成型机：SB1800JB，东莞市百纳通用机械有限公司；微机控制电子万能机冲击试验机：RXJ-50,深圳瑞格尔仪器有限公司。

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1.3 实验配方

该组配方在加料槽中混合之前，按共混体系与白油份数比1:0.2 加入医用级白油。

1.4 实验过程

1.5 性能测试

①拉伸强度测试：参照GB1040-79 进行。

②冲击强度测试：参照GB1043-80 进行。

③弯曲强度测试：参照GB/T9341-2008 进行。

④永久变形性能测试：参照ASTM D395 进行。

⑤熔体流动速率测试：参照GB/T 3682-2000进行。

⑥硬度测试：参照GB/T 531-1999 进行。

2.结果与讨论

2.1 造粒工艺参数的确定（表1，表2）

2.2 配方组成对共混体系性能参数的影响

2.2.1 OBC 与PP 的共混比例

2.2.1.1 加工流动性

流动性能是表征材料加工性能的参数，根据材料流动性能的好坏，可以初步判断其加工条件（表3）。

表1. 含油TPE 材料的双螺杆挤出工艺参数

本实验是在190˚C、负荷为2.16 千克条件下反应的。当OBC 份数为70 左右时，其数值依旧表现出较好的加工流动性。

2.2.1.2 力学性能

随着体系中OBC 含量的增加，材料的抗张强度呈现线性下降的趋势。由于弹性体的抗张强度较低，所以呈现明显的下降。当体系中的OBC达到70 份左右时，抗张强度在10～13 MPa 之间，满足作为输液器滴斗材料的要求。

从图中可以看出，共混材料分别出现在OBC达到20 份以及50 份左右时出现两处分界点：从10～20 份时有个明显的上升，这是因为当其份数超过10 份时，OBC 在PP 中分散得更加均匀。这样使得OBC 颗粒之间产生一定的临界距离，这些OBC 粒子在受到外力作用时会发生变形，起到了应力集中的作用。由于OBC 弹性体与PP 树脂的相容性较好，两相间接触的界面粘合程度较高，使得在OBC 粒子所处的区域中出现大量的剪切带和银纹来吸收能量；与此同时这些剪切带和银纹和OBC 颗粒又可以防止出现破坏性裂纹，进而起到了增韧的作用，这就是弹性体增韧改性树脂的机理。当OBC 含量达到20 份左右时断裂伸长率达到峰值，超过这一比例后开始呈现下降趋势, 这可能是因为随着OBC 弹性体增多，由于其粒子本身对剪切带还存在终止作用，使剪切带被及时终止，从而使断裂伸长率逐渐降低。这种降低直到OBC 弹性体的含量超过50 份，在这一比例之后，共混体系的连续相由PP 变为OBC，作为分散相的PP 链段与OBC 分子链之间相互穿插形成网络结构。且随着PP 含量的减少，PP 链段的这种排列也越来越少，OBC 分子链之间的空隙逐渐变大，为其分子链伸展运动提供了较大的空间，所以大幅度提升了材料的柔韧性，使其力学性能逐渐接近弹性体。

2.2.2 润滑剂用量

物料的成型一般都在熔融流动状态下进行，因此加工的物料要求具有一定流动性。流动性过小，挤出成型困难，流动性过大，则产生的挤出压力过小制品强度不足且成型不完整，这体现了对共混材料加工流动性表征的必要性。

通过过溶体流动速率的反映，可以验证出OBC/PP 共混材料的流动性能随着润滑剂硬脂酰胺用量的增大而逐渐改善。

由表5 可以看出硬脂酰胺的添加份数对OBC/PP 共混材料的机械性能影响不大，用量在1.5 份时，综合性能较好，成型良好，容易脱模。

2.3 最佳共混材料组成分析

经以上分析，总结出共混TPE 材料的最佳组成为：OBC/PP=70/30 份、硬脂酰胺1.5 份、抗氧剂1010 和168 各0.25 份、白油为20.5 份。对最佳共混材料进行相关测试得出以下数据（见表6）。

表2. 不含油TPE 材料的双螺杆挤出工艺参数

表3. OBC/PP 复合材料的熔体流动速率（MFR）

图1. 共混体系的断裂伸长率与OBC 质量分数的关系

由表6 反映出该种TPE 材料可以很容易在硬度和力学性能上达到输液器滴斗材料的要求，同PVC 通过无机填料调节硬度相比，OBC 通过PP来调节硬度的同时，对断裂伸长率的影响较小，当PP 含量达到30 份左右（OBC 为70 份）时，可以满足880～88A 的硬度要求以及600%以上的断裂伸长率；另外，体系中白油的存在在此基础上进一步降低了TPE 材料的永久压缩变形。因此，该种共混TPE 材料具有极佳的回弹性能，具备生产TPE 输液器滴斗的物理性能条件。

表4. 润滑剂种类及用量对溶体流动速率的影响（190˚C，2.16KG，单位：g/10min）

表5. 硬脂酰胺用量对OBC/PP 共混材料物理机械性能的影响

表6. OBC/PP 共混型TPE 材料的相关参数

表7. 相同硬度的TPE 与PVC 性能及物性参数对比

2.4 注塑工艺参数的确定

在每一次注射过程中，螺杆向前推进熔融物料时，需要在不同位置上实现不同的注射压力与速度等参数的控制，称这种注射过程为多级注塑。本实验在注射工艺参数的确认过程中就采用了两段注射的方式。先通过高速、高压注射使熔体迅速充模，充填接近终了时再使用低级注射的方法。通过注射工艺参数的调整，确定出一套最佳的注塑工艺以防止和改善制品外观，如毛边、银条或胶痕等各种不良现象。

在实验过程中发现通过注射制成的样条和制品均没有分层现象产生，并且加工过程表现出良好的加工型，制品表面光泽性好。

这次验证进行了5 组试验数据，取得相应的试验数据,通过分析数据和产品外观，并经过3个批量试验，确定出该材料的最佳注塑参数。

表8. 共混型TPE 材料注塑成型加工工艺参数验证报告

3.结论

（1）经试验，总结出生产输液器滴斗TPE材料的共混体系组成的最佳比例为：OBC 70 份、PP30 份、硬脂酰胺1.5 份、抗氧剂1010 与抗氧剂168 各0.25 份，另外助剂采用医用级白油溶解后加入，用量为20 份；

（2）共混材料双螺杆加工成型的适宜工艺条件为：加工温度170～190˚C，螺杆转速：30–50rpm；共混材料最佳注塑工艺条件为：从料筒到喷嘴四段温度参数依次为225±5˚C，220±5˚C，210±5˚C，200±5˚C。 一 级 注 射：速 度 为72±5˚C，压力为68±5˚C；二级注射：速度为85±5˚C，压力为80±5˚C；注射时间为2±0.5s，冷却时间为14±3s。

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