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熱塑性彈性體的定義性能應(yīng)用
一、 熱塑性彈性體（TPE）的定義
熱塑性彈性體（thermoplastic elastomer，簡(jiǎn)記：TPE）是指在常溫下具有加硫橡膠的性質(zhì)（即彈性體的性質(zhì)），在高溫下又可以塑化變形之高分子材料。它可以用塑料的加工機(jī)器如注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓延成型、T-Die流延成型等較傳統(tǒng)硫化橡膠更為快速的加工方式制造成品，且有質(zhì)輕（密度低）、環(huán)保（可回收、燃燒無毒）、使用壽命長（可較傳統(tǒng)橡膠達(dá)5~10倍以上）、加工變化度大、制品總成本低等優(yōu)點(diǎn)。在各行業(yè)中，逐漸被廣泛使用。TPE有時(shí)候也被稱作熱塑性橡膠（Thermoplastic Rubber，TPR），但由其定義而言，應(yīng)稱為TPE較適當(dāng)。 TPE是彈性體，具有加硫橡膠的性質(zhì)，但卻不需要加硫。此外TPE并具有許多介于橡膠與塑膠中間的特征。
二、 橡膠與塑料的基本性質(zhì)
TPE為同時(shí)具有橡膠（或彈性體）與塑料之性質(zhì)的材料，故以下先對(duì)橡膠、塑料的基本性質(zhì)做一簡(jiǎn)介(如圖1-1)。包括橡膠（或彈性體）及塑料的高分子材料，其代表性的物理性質(zhì)，可由應(yīng)力-應(yīng)變的特性看出。圖1-1為各種高分子材料的試片，在被拉伸時(shí)表現(xiàn)的應(yīng)力-應(yīng)變行為。圖中箭頭則表示試片受到拉伸及放松時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變的變化。鋼鐵是伸長率（應(yīng)變）很小的材料，其應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)如1所示，是可恢復(fù)原狀的完全彈性體。而粘土則是完全的塑性體，如2所示，為完全無法回復(fù)。至于高分子物質(zhì)則兼具彈性體與塑性體的性質(zhì)，為粘彈性體3的行為，但橡膠（或彈性體）較塑膠更接近于完全彈性體。由于多數(shù)塑料為粘彈性體，要具體描述熱塑性彈性體與一般塑料的區(qū)別并不容易，較大的差異為熱塑性彈性體在常溫下具有高伸長率、高回彈率、低壓縮永久變形率、及低脆化溫度等特性。另一最大區(qū)別是分子結(jié)構(gòu)的差異，由于TPE具有加硫橡膠的性質(zhì)，表示TPE必定由橡膠成分（即軟質(zhì)段，soft segment）與塑料成分（即硬質(zhì)段，hard segment）所構(gòu)成，軟質(zhì)段具有彈性，而硬質(zhì)段則在常溫時(shí)發(fā)揮架橋點(diǎn)一般的作用，可防止塑性變形。但當(dāng)溫度上升時(shí)，硬質(zhì)段的塑料成分會(huì)熔融，失去作為架橋點(diǎn)的作用，而成為可塑性變形，如同塑料般加工時(shí)成型。
三、 TPE材料的種類：
TPE的種類很多。如上所述，TPE含有硬質(zhì)段及軟質(zhì)段，分類的方法通常是以影響最大的主鏈分子構(gòu)造的差異來分幾大類，再以軟質(zhì)段、硬質(zhì)段之分子固定方式之不同細(xì)分?？尚纬绍涃|(zhì)段的分子包括以下的橡膠：聚丁二烯（BR）、聚異戊二烯（IR）、天然橡膠（NR）、乙烯-丙烯橡膠（EPDM）、丁基橡膠（IIR）、聚異丁烯、聚乙烯-聚丁烯、非結(jié)晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。 另一方面，形成硬質(zhì)段的分子可使用以下塑料：聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、間規(guī)聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯胺等。依TPE主鏈上分子構(gòu)造的差異，可大分為如圖1-2。TPE的另一種分類法，為依巨觀構(gòu)造的差異，分為純TPE及混摻TPE。純TPE是指一個(gè)分子鏈中，既有軟質(zhì)段與硬質(zhì)段的共價(jià)結(jié)合，在經(jīng)聚合或縮聚合而成之高分子聚合物；混摻型TPE則是將作為軟質(zhì)段的橡膠成分， 與作為硬質(zhì)段的塑料成分，二者混摻制成，以苯乙烯系及氯系TPE為主流，用途逐漸擴(kuò)大。 四、 TPE的性能比較表1為主要TPE之各種性能比較。茲再將工業(yè)上常用之TPE主要特性作一概括性說明：
pa66塑膠原料物性
1. TPU（熱塑性聚氨酯）： TPU主要由(1)短鏈二醇與異氰酸酯反應(yīng)所得PU作硬質(zhì)段，（√）長鏈二醇與異氰酸酯反應(yīng)所得PU作軟質(zhì)段，二者構(gòu)成直鏈狀多嵌段的共聚物即為TPU。TPU主要依其軟質(zhì)段之聚醇分兩大系列：聚醚系及聚酯系，然后可內(nèi)細(xì)分為PTMG、PEG（polyoxyethylene glycol）、PPG（polyoxypropylene glycol）、ADP（Adipic ester系）、PCL（caprolacton系）、PC（polycarbonate系）等，TPU中軟質(zhì)段的差異，對(duì)物性所形成的影響如下：優(yōu) -性能- 劣抗拉強(qiáng)度 聚酯系 〉 聚醚系撕裂強(qiáng)度 聚酯系 〉 聚醚系耐磨耗性 聚酯系 〉 聚醚系耐藥品性 聚酯系 〉 聚醚系 耐菌性 聚酯系 〉 聚醚系密度 ADP < PCL < PTMG 低溫特性 PTMG > PCL > ADP 反發(fā)揮性 PTMG > PCL > ADP 耐水性 PC > PTMG > PCL > ADP 耐熱老化性 PC > PCL > ADP > PTMG 耐油性 ADP > PCL > PTMG PU的硬質(zhì)段所用的二異氰酸酯亦有許多種，但適于TPU的硬質(zhì)段則很少。最重要的二異氰酸酯則為MDI與TDI。 TPU在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √耐磨耗性為各類TPE中最大的 √具高強(qiáng)度、高韌性、高透明的特性 √抗疲勞性、耐寒性、耐油性佳 √環(huán)保無毒可回收，可用于醫(yī)療器材缺點(diǎn)： ☆耐熱性一般 ☆耐候（紫外線）性不足（可添加紫外線安定補(bǔ)強(qiáng)） ☆成品殘留應(yīng)力大、易粘模
2. TPO（聚烯系彈性體）： TPO的硬質(zhì)段為PP或PE等聚烯，軟質(zhì)為EPDM（三元乙丙膠）等橡膠，將兩者良好的混摻即得TPO。由于TPO與軟質(zhì)或硬質(zhì)聚烯的差異又是并不明顯，故難以下正確定義。但通常以橡膠成分20%以上，且彎曲彈性率690MPa以下之聚烯材料，可稱為TPO。TPO一般專指單純將聚烯與橡膠進(jìn)行物理性混摻，使橡膠以微細(xì)粒子形態(tài)分散于聚烯基材中而成。此時(shí)所用之橡膠粒子可以是未加硫或已部分加硫的。若是使用已部分加硫的橡膠，TPO的性質(zhì)會(huì)較好，但若加硫程度太高，則在聚烯中的分散變劣，使TPO性質(zhì)降低，故橡膠的加硫程度要謹(jǐn)慎控制。若于混摻過程，同時(shí)使橡膠起加硫反應(yīng)而制成之TPO，則稱為TPV（動(dòng)態(tài)加硫型TPO）。另一類TPO，則于聚合反應(yīng)器中，將硬質(zhì)段部分與軟質(zhì)段部分直接以共價(jià)鏈聚合而得，此類TPO以metallocene（茂金屬）觸媒聚合而成，另稱為M-POE，因不需混摻的成本且易控制聚合度及接枝率，因此在性能及價(jià)格上應(yīng)較傳統(tǒng)TPO具競(jìng)爭(zhēng)力。 TPO在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √比重最小、價(jià)格低 √耐寒/熱型、耐酸/堿性佳（僅次于TPEE） √耐候性、耐臭氧性、電氣絕緣性佳 √加工性佳、易成型大型制品缺點(diǎn)： ☆易受非極性溶劑，如汽油、芳香族溶劑侵蝕 ☆抗拉強(qiáng)度低（可以填料補(bǔ)強(qiáng)） ☆壓縮永久變形度大 ☆耐磨性及拉伸回彈性差
3. TPV （動(dòng)態(tài)加硫聚烯彈性體） TPV是用萬馬力機(jī)或塑練機(jī)等混合設(shè)備進(jìn)行混合時(shí)，同時(shí)使橡膠加硫而制成的TPO，軟質(zhì)段的加硫橡膠粒子，可微細(xì)的分散于硬質(zhì)段的聚烯基材中。 TPV可依硬質(zhì)段與軟質(zhì)段之種類與組合之不同，而有許多種類規(guī)格，但最具代表性的則是PP-EPDM系，接著陸續(xù)有PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR等系列TPV。 PP-EPDM系所用加硫劑為酚樹脂系，促進(jìn)劑為二氯化錫，也就是樹脂架橋。形成直徑為數(shù)μm的架橋EPDM粒子（軟質(zhì)段），分散于PP基材（硬質(zhì)段）中。橡膠粒徑愈細(xì)，抗拉強(qiáng)度與斷裂伸長率即愈大；PP量愈大，硬度、彈性率、伸長率亦隨之增加。 TPV在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √壓縮永久變形量為TPE中最低 √機(jī)械性質(zhì)較TPO佳，且硬度較TPO低 √耐油性、耐候性及耐熱性佳 √環(huán)保、無毒、可回收、可用于醫(yī)療器材缺點(diǎn)： ☆耐磨性較橡膠、TPU差 ☆價(jià)格遠(yuǎn)較TPO高 ☆加工性一般，表面有時(shí)易有流痕 ☆無透明性
4. TPS（聚苯乙烯系彈性體）：聚苯乙烯系彈性體可分為兩大類：聚苯乙烯及橡膠（丁二烯、異戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯）之嵌段共聚物，及以此為基材與聚烯烴、可塑劑（油）物理共混制成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中，分子的硬質(zhì)段為PS，軟質(zhì)段為聚丁二烯或聚異戊二烯等聚二烯，代表性商品有SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、SIS（苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物）及將之氫化後而成之SEBS（苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物）與SEPS（苯乙烯-乙烯、丙烯-苯乙烯嵌段共聚物）。 TPS為世界上需求量最大之TPE，目前已超過60萬噸，主要因其應(yīng)力--應(yīng)變性質(zhì)與加硫橡膠非常接近，且加工性優(yōu)異，價(jià)格低廉，逐漸取代PVC及傳統(tǒng)橡膠在鞋材及其他領(lǐng)域的應(yīng)用。 TPS的應(yīng)用依其結(jié)構(gòu)及物理性能而有區(qū)別，一般苯乙烯含量為：15-40%，性質(zhì)會(huì)依苯乙烯含量，橡膠微相構(gòu)造及組成、分子量、分子量分布及是否接官能基等因素之不同，而有很大的變化。SBS及SIS因分子中具有雙鍵結(jié)合，易受氧、臭氧、紫外線之影響，SEBS及SEPS則無此顧慮，因此以SEBS/SEPS為基材之共混物，在工程材料上有許多應(yīng)用，惟其耐油性不佳。 TPS在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √制成品的物性范圍廣，易加工 √較其他TPE柔軟易拉伸，接近橡膠及硅膠觸感，硬度為TPE中最低 √伸長率最高、回彈性最好 √可充當(dāng)許多工程塑料的相容劑及改性劑 √環(huán)保、可回收、無毒、低價(jià)格（SBS系）缺點(diǎn)： ☆SBS系列、耐熱、耐候性能差 ☆成品耐污性、耐磨性、耐油性皆差 ☆拉伸強(qiáng)度較PVC差、無法以高頻波接著 ☆低硬度成品有時(shí)易出油。 ☆SEBS/SEPS系成品，不易印刷接著
5. TPEE（聚醚酯彈性體） TPEE分子中的硬質(zhì)段為聚酯，軟質(zhì)段為Tg值低的聚醚或聚酯，為多嵌段共聚物。 TPEE依分子構(gòu)造之不同可分為： 1) 聚酯、聚醚型：硬質(zhì)段是芳香系結(jié)晶性聚酯，軟質(zhì)段則是聚醚 2) 聚酯、聚酯型：硬質(zhì)段是芳香系結(jié)晶性聚酯，軟質(zhì)段則是脂肪族聚酯 3) 液晶型TPEE：硬質(zhì)段是剛直的液晶分子，軟質(zhì)段為脂肪族聚酯。以上三種TPEE中，最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型TPEE，硬質(zhì)段以PBT為代表，由丁二醇與酉夫酸二甲酯組成構(gòu)成，軟質(zhì)段聚醚則以PTMG為代表。因PBT具耐熱型，結(jié)晶速度大，而PTMG則具低玻璃移點(diǎn)Tg，故此種TPEE的成型性優(yōu)，并有平衡的物性及高耐熱性。作為熱可塑彈性體，TPEE能發(fā)揮其機(jī)能的范圍為高硬度范圍。在低硬度范圍，因鏈長數(shù)目小（3以下），硬質(zhì)段會(huì)溶解在軟質(zhì)段中而存在中間層，因此微相分離不完全，也就無法具完全的彈性體機(jī)能，故TPEE之低硬度制品不易獲得。 TPEE在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √耐熱性最高、耐荷重大、回彈性高 √反覆疲勞特性優(yōu)且性質(zhì)強(qiáng)韌 √低溫?fù)锨暂^TPU更佳 √耐油/耐藥品/耐化學(xué)溶劑性佳缺點(diǎn)： ☆不易獲得低硬度制造 ☆加工條件較窄，須較精密加工機(jī)器 ☆價(jià)格昂貴
6. TPA（聚醯胺系彈性體） TPA是以聚醯胺為硬質(zhì)段，Tg值低的聚醚或聚酯為軟質(zhì)段，所構(gòu)成的多嵌段共聚物。聚醯胺的成分可為尼龍6、66、610、11、12等，但以尼龍6或12占重要部分。軟質(zhì)段的成分為聚醚二醇或聚酯二醇的長鏈聚醇。影響TPA物性最大的，是硬質(zhì)段、軟質(zhì)段的比率與種類。隨著軟質(zhì)段的增加，其伸長變長，應(yīng)力則變小。 TPA在性能及加工工藝上有以下主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： √良好加工成型性（少資料，頂出性質(zhì)、尺按定性佳） √具尼龍般強(qiáng)韌性質(zhì)及耐磨耗性 √耐熱性、耐油性佳 √低溫耐沖擊性佳缺點(diǎn)： ☆橡膠彈性不足 ☆易沸水水解 ☆價(jià)格昂貴 ☆回收料易變色
