热塑性弹性体介绍

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热塑性弹性体(TPE)的定义

热塑性弹性体(TPE)是指在常温下具有固化橡胶的性质(即弹性体的性质),在高温下又可以塑化变形的高分子材料。它可以用塑料加工设备加工成型,如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成型、T-Die流延成型等,具有比传统硫化橡胶更为快速的加工方式制造成品,且有质轻(密度低)、环保(可回收、燃烧无毒)、使用寿命长(可较传统橡胶达5~10倍以上)、加工变化度大、制品总成本低等优点。在各行业中,逐渐被广泛使用。

TPE的种类:

TPE的种类很多。TPE含有硬质段及软质段,分类的方法通常是以影响最大的主链分子构造的差异来分几大类,再以软质段、硬质段的分子固定方式的不同细分。可形成软质段的分子包括以下的橡胶:聚丁二烯(BR)、聚异戊二烯(IR)、天然橡胶(NR)、乙烯丙烯橡胶(EPDM)、丁基橡胶(IIR)、聚异丁烯、聚乙烯聚丁烯、非结晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。

另一方面,形成硬质段的分子可使用以下塑料:聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、间规聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚异戊二系、聚氨酯、聚酯、聚酰胺等。

TPE的另一种分类法,依据构造的差异分为纯TPE及混掺TPE。纯TPE是指一个分子链中,既有软质段与硬质段的共价结合,在经聚合或缩聚合而成之高分子聚合物;混掺型TPE则是将作为软质段的橡胶成分,与作为硬质段的塑料成分,二者混掺制成,以苯乙烯系及氯系TPE为主流,用途逐渐扩大。

TPE的性能比较:

1.TPU(热塑性聚氨酯):

TPU主要由(1)短链二醇与异氰酸酯反应所得PU作硬质段,(2)长链二醇与异氰酸酯反应所得PU作软质段,二者构成直链状多嵌段的共聚物即为TPUTPU主要依其软质段之聚醇分两大系列:聚醚系及聚酯系,然后可内细分为PTMGPEGpolyoxyethylene glycol)、PPGpolyoxypropylene glycol)、ADPAdipic ester系)、PCLcaprolacton系)、PCpolycarbonate系)等。PU的硬质段所用的二异氰酸酯亦有许多种,但适于TPU的硬质段则很少。最重要的二异氰酸酯则为MDITDI

TPU在性能及加工工艺上有以下主要特点:

热塑性弹性体介绍

2.TPO(聚烯烃弹性体):

TPO的硬质段为PPPE等聚烯烃,软质为EPDM(三元乙丙胶)等橡胶,将两者良好的混掺即得TPO

由于TPO与软质或硬质聚烯烃的差异又是并不明显,故难以下正确定义。TPO一般专指单纯将聚烯烃与橡胶进行物理性混掺,使橡胶以微细粒子形态分散于聚烯烃基材中而成。此时所用的橡胶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胶,TPO的性质会较好,但若加硫程度太高,则在聚烯烃中的分散变劣,使TPO性质降低,故橡胶的加硫程度要谨慎控制。若于混掺过程,同时使橡胶起加硫反应而制成之TPO,则称为TPV(动态加硫型TPO)。

另一类TPO,则于聚合反应器中,将硬质段部分与软质段部分直接以共价链聚合而得,此类TPOmetallocene(茂金属)触媒聚合而成,另称为M-POE,因不需混掺的成本且易控制聚合度及接枝率,因此在性能及价格上应较传统TPO具竞争力。

TPO在性能及加工工艺上有以下主要特点:

优点:比重最小、价格低;耐寒/热型、耐酸/碱性佳(仅次于TPEE);耐候性、耐臭氧性、电气绝缘性佳;加工性佳、易成型大型制品。

缺点:易受非极性溶剂,如汽油、芳香族溶剂侵蚀;抗拉强度低(可以填料补强);压缩永久变形度大;耐磨性及拉伸回弹性差。

3.TPV (动态硫化聚烯烃弹性体)

TPV是用双螺杆挤出等挤出混合设备进行混合挤出时,同时使橡胶加硫而制成的TPO,软质段的加硫橡胶粒子,可微细的分散于硬质段的聚烯烃基材中。

TPV可依硬质段与软质段的种类与组合的不同,而有许多种类规格,但最具代表性的则是PP-EPDM系,接着陆续有PP-NBRPP-ACMPP-NRPP-IIRPE-EPDMPE-NRPA-NBRPA-ACMPVC-NBR等系列TPV

PP-EPDM系所用加硫剂为酚醛树脂系,促进剂为氯化亚锡,形成直径为数μmEPDM粒子(软质段),分散于PP基材(硬质段)中。橡胶粒径愈细,抗拉强度与断裂伸长率即愈大;PP量愈大,硬度、拉伸强度亦随之增加。

TPV在性能及加工工艺上有以下主要特点:

优点:压缩永久变形量为TPE中最低;机械性质较TPO佳,且硬度较TPO低;耐油性、耐候性及耐热性佳;环保、无毒、可回收、可用于医疗器材。

缺点:耐磨性较橡胶、TPU差;价格远较TPO高;加工性一般,表面有时易有流痕;无透明性。

4.TPS(聚苯乙烯系弹性体):

聚苯乙烯系弹性体可分为两大类:聚苯乙烯及橡胶(丁二烯、异戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯)的嵌段共聚物,及以此为基材与聚烯烃、增塑剂物理共混制成的共混物。聚苯乙烯系共聚物中,分子的硬质段为PS,软质段为聚丁二烯或聚异戊二烯等,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-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)及将之氢化后而成之SEBS(苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)与SEPS(苯乙烯-乙烯、丙烯-苯乙烯嵌段共聚物)。

TPS的应用依其结构及物理性能而有区别,一般苯乙烯含量为:15-40%,性质会依苯乙烯含量,橡胶微相构造及组成、分子量、分子量分布及是否接官能基等因素的不同,而有很大的变化。SBSSIS因分子中具有双键结合,易受氧、臭氧、紫外线影响,SEBSSEPS则无此顾虑,因此以SEBS/SEPS为基材的共混物,在工程材料上有许多应用,惟其耐油性不佳。

TPS在性能及加工工艺上有以下主要特点:

优点:制成品的物性范围广,易加工;较其他TPE柔软易拉伸,接近橡胶及硅胶触感,硬度为TPE中最低;伸长率最高、回弹性最好;可充当许多工程塑料的相容剂及改性剂;环保、可回收、无毒、低价格(SBS系)。

缺点:SBS系列、耐热、耐候性能差;成品耐污性、耐磨性、耐油性皆差;拉伸强度较PVC差、无法以高频波接著;低硬度成品有时易出油;SEBS/SEPS系成品,不易印刷接著。

5.TPEE(聚醚酯弹性体)

TPEE分子中的硬质段为聚酯,软质段为Tg值低的聚醚或聚酯,为多嵌段共聚物。

TPEE依分子构造的不同可分为:

a.聚酯、聚醚型:硬质段是芳香系结晶性聚酯,软质段则是聚醚;

b.聚酯、聚酯型:硬质段是芳香系结晶性聚酯,软质段则是脂肪族聚酯;

c.液晶型TPEE:硬质段是刚直的液晶分子,软质段为脂肪族聚酯。

以上三种TPEE中,最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型TPEE,硬质段以PBT为代表,软质段聚醚则以PTMG为代表。因PBT具耐热型,结晶速度大,而PTMG则具低玻璃移点Tg,故此种TPEE的成型性优,并有平衡的物性及高耐热性。

作为热塑性弹性体,TPEE能发挥其机能的范围为高硬度范围。在低硬度范围,因链长数目小(3以下),硬质段会溶解在软质段中而存在中间层,因此微相分离不完全,也就无法具完全的弹性体机能,故TPEE低硬度制品不易获得。

TPEE在性能及加工工艺上有以下主要特点

优点:耐热性最高、耐荷重大、回弹性高;反覆疲劳特性优且性质强韧;低温挠曲性较TPU更佳;耐油/耐药品/耐化学溶剂性佳。

缺点:不易获得低硬度制造加工条件较窄,须较精密加工机器价格昂贵。

6.TPA(聚酰胺弹性体)

TPA是以聚酰胺为硬质段,Tg值低的聚醚或聚酯为软质段,所构成的多嵌段共聚物。聚酰胺的成分可为尼龙6666101112等,但以尼龙612占重要部分。软质段的成分为聚醚二醇或聚酯二醇的长链聚醇。影响TPA物性最大的,是硬质段、软质段的比率与种类。随着软质段的增加,其伸长变长,应力则变小。

TPA在性能及加工工艺上有以下主要特点:

优点:良好加工成型性(少资料,顶出性质、尺按定性佳);具尼龙般强韧性质及耐磨耗性;耐热性、耐油性佳;低温耐冲击性佳。

缺点:橡胶弹性不足;易沸水水解;价格昂贵;回收料易变色。

  • TPV/TPE业务助理
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