新元化学尼龙弹性体事业部宋子豪在艾邦第十届鞋材产业论坛发表《聚酰胺弹性体树脂和超临界发泡装备》精彩演讲回顾。

热塑性聚酰胺弹性体，又叫尼龙弹性体，英文缩写是TPAE，其本质是由聚酰胺硬段和聚醚或聚酯软段组成的线性嵌段共聚物，具有拉伸强度高、弹性恢复性好、低温抗冲击强度高、耐低温性优异等特点。

根据硬段和软段组分的不同，TPAE有比较多的种类。目前市面上绝大部分的尼龙弹性体为聚醚酰胺嵌段共聚物，简称PEBA。

长碳链TPAE长时间以来基本依赖进口，中科院化学研究所为解决此难题经过多年技术攻关，结合新元化学先进的生产管理模式，成功完成了国产PEBA材料的工业化生产，一举打破了PEBA材料由国外垄断的局面。

一、KHX70系列尼龙弹性体介绍

中科院化学研究所与新元化学合作开发的的尼龙弹性体KHX70系列，已获得2023年中国专利金奖。KHX70系列PEBA材料的优势：

• 有更广阔的这个性能调整范围
• 同硬度下可以做不同性能的产品
• 原料全部国产化，部分产品使用生物基原料，供应链系统完整且稳定，不受外部环境影响

   

热力学参数中的结晶温度差异代表了聚合物分子链微观结构的不同，这种差异可反映出材料不同的性能。这意味着材料具有更完善的晶型结构和结晶能力，预示其拥有更高的强度和模量。

KHX 70系列就能实现不同的结晶温度，以硬度为35D和40D的材料为例，KHX 70系列可通过编辑分子链做出结晶温度比PA12高和低的两种材料，因此其拥有更好的材料相容性、更低的加工温度及宽泛的加工区间。

35D/40D不同牌号的PEBA结晶温度

通过增加硬段比例，可以提高PEBA材料的硬度，从而使其熔融温度增加，此外，PEBA硬度增加，材料拉伸强度和直角撕裂强度增加，断裂拉升率降低。

针对鞋材的应用，不只是在树脂端直接应用，其后还包含了发泡和成型的工艺，针对鞋材不同的工艺要求，KHX 70系列也开发了不同牌号来适应不同的发泡和成型工艺。

目前市场上的发泡种类和主要工艺：

• 按发泡剂种类分类：化学发泡（偶氮发泡等）、物理发泡（超临界CO2、N2）
• 按加工工艺分类：模压工艺、珠粒发泡蒸汽成型工艺、IP射出和型坯发泡工艺

   

KHX 70系列应用于鞋材领域的代表性工艺：

• KHX7035：适用于珠粒发泡，蒸汽成型的配方体系。密度为0.13，已通过200万次的压缩疲劳测试

  优点：提高熔体拉伸强度，有效防止发泡过程中泡孔坍塌，样品在加工过程中流变稳定。

• KHX7040：适用于与EVA共混发泡、化学发泡以及IP射出工艺和二次模压工艺。密度可低至0.12、0.15和0.16，二次模压工艺已通过100万次的疲劳测试

  优点：力学性能突出，与EVA有更好的相容性，改性料性能提升明显，泡孔直径适宜。

   

• KHX7038：适用于型坯氮气高压发泡。密度低至0.08。

  优点：结晶性能突出，晶型完善，泡孔无破裂，发泡制品密度极低，回弹性能极优。

   

• KHX7063：适用于熔融纺丝工艺。

  优点：定向拉伸结晶速度快，结晶尺寸均一稳定，独有的配方体系带来了更高的强度。

   

其中，KHX7040是该系列面向鞋材主打的产品，其拉伸强度超过25MPa，伸长率超过 600%， 直角撕裂强度在 120 KN/m附近，性能与进口产品相当。

二、发泡工艺与产品性能

1、PEBA改性EVA化学发泡

1.1 模压工艺

通过传统的化学发泡工艺，在PEBA改性EVA的化学发泡中应用磨压工艺，可低成本地提升EVA的性能。制得产品密度为0.16 g/cm³，硬度为45C（带皮）/37C（去皮）。泡孔结构完整、大小有序，中位数为72.6 μm。

此外，该材料的回弹率为62%，压缩形变为19%，展现了良好的物理性能。经过100万次压缩疲劳测试，证明其优秀的耐久性。

1.2 IP注射工艺

采用化学发泡的IP射出工艺，产品硬度可达45C，密度为0.166 g/cm³，泡孔尺寸较模压工艺稍大，为87.5 μm。

该工艺还实现了66%的能量压缩回复率，且在经历五次压缩后，能量回复率基本稳定在88%。此外，拉伸强度可保持在2.1兆帕。这一高效射出方案利用传统工艺低成本提升了材料的支撑性和弹性。

2、PEBA改性EVA超临界发泡

PEBA 改性 EVA 的型坯采用超临界发泡“小发大”工艺，由小坯发泡制得发泡件，再经过二次模压制得产品，PEBA含量为30%时，制件的硬度为42C，密度为0.12 g/cm³，二次模压前垂直回弹可达74%，同时制件可承受不低于76万次的压缩疲劳测试。

3、PEBA型坯氮气高压发泡

使用纯PEBA进行氮气高压发泡工艺，硬度不同的产品物理性能也大不相同。如硬度为41C的产品，密度可达到0.098 g/cm³，泡孔尺寸为42.5μm。硬度为39C的产品密度稍低，为0.093 g/cm³，泡孔尺寸低至30.3微米，泡孔密度将近41c的3.5倍。

4、熔融纺丝

采用7063牌号进行熔融纺丝，可生产用于鞋面织物的单丝。所得丝的直径为0.11mm，纤度为140 dTex，拉力达到4.46 N，强度为4.3 CN/dTex，伸长率约为37%。

5、注塑扭力片

在注塑抗扭片的应用中，在模具内通过两次注射制得制件。外层为紫色的TPU，中间为蓝色的尼龙弹性体。

测试数据显示硬度为69D，拉力可达42公斤，每平方厘米延伸率为181%。该制件经过了4万次零下20度的曲折测试而无破裂，符合市场需求。此外，水解测试中未出现吐霜现象。

三、超临界发泡设备

新元化学的超临界发泡釜是与其PEBA材料同时孵化的，其设计制造的大型高压容器均拥有AE资质。其一系列超临界发泡设备具有操作简单、密封性强、控温稳定等特点，并且已经在鞋材行业应用多年。

1、立式超临界试验发泡釜（1L-28L，30MPa）

• 立式卡箍快开
• 搅拌可拆卸
• 进口材质密封圈

   

2、卧式超临界试验发泡釜（1L-28L，66MPa）

• 卧式螺纹快开

• 进口材质密封圈

   

3、中型超临界珠粒发泡釜（200L-300L，30MPa）

• 针对珠粒发泡，主要用于脂肪族TPU的超临界发泡
• 立式高压磁力搅拌
• 氮化硅套磁轴承，“0”污染
• 搅拌均匀无死角，稳定性高

   

4、大型超临界卧式发泡釜（直径1米，长度6米，66MPa）

• 可用于型坯发泡（小发大）
• 卧式卡箍快开
• 筒体整体锻件制作，强度高、传热效果好
• 内置专利装置实现介质内循环，温度恒定
• 智能化系统温差不超过1.0℃

   

小型卧式卡箍快开超临界卧式发泡釜

来源：新元化学宋子豪在艾邦第十届鞋材产业论坛演讲整理

原文始发于微信公众号（艾邦弹性体网）：新元化学PEBA发泡材料和超临界发泡装备