热塑性弹性体
热塑性弹性体(TPE)是一种由玻璃态或半结晶态热塑性树脂和柔软的弹性体所成的嵌段共聚物,它兼备了橡胶的高弹性和热塑性树脂的热塑加工性,被誉为“第三代合成橡胶”。其结构特点是由化学键组成不同的树脂段和橡胶段, 树脂段凭借链间作用力形成物理交联点, 橡胶段是高弹性链段, 贡献弹性。塑料段的物理交联随温度的变化而呈可逆变化, 显示了热塑性弹性体的塑料加工特性。TPE 产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能,同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产。
从1960年杜邦公司推出第一代热塑性弹性体(TPU)以来,到现在已经发展到第4代, 产品已达到20多个系列、100多个品种。1987~1996年间,TPE 年均增长率始终保持在5.5%左右,1997年TPE 的世界需求量已突破100万吨。2001~2006年,世界TPE 的消耗量年均增长率为6.4%,其中欧洲为4.4%,北美为5.7%,亚太地区超过8%,拉丁美洲则达到10%。2008-2011年,全球TPE 需求量将以年均6.3%的速度增长,特别是共聚酯弹性体和热塑性硫化弹性体等高性能材料。而中国占世界市场的份额将从2006年的30%增加到2011年的33%以上。
TPE 的最大特征是具有多相结构,它的软段和硬段分别产生高弹性和交联点的作用,因而用它加工制造橡胶制品具有如下一些优点:(1)可用一般的热塑性成型机加工;(2)能用橡胶注塑成型机硫化;(3)可用压出机成型硫化;(4)生产过程中产生的废料和最终出现的废品可以直接再利用;(5)用过的TPE 产品可以简单再生之后再次利用;(6)不需硫化;(7)自补强性大,配方大大简化,使配合剂对聚合物的影响制约大为减小,质量性能更易掌握。
1 苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)
TPS 为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型共聚物, 主要品种为SBS(丁二烯与苯乙烯嵌段共聚物) 与SIS(异戊二烯与苯乙烯嵌段共聚物) 。SBS 具有良好拉伸强度和弹性, 耐摩擦和疲劳性能优异, 且价廉物美,但耐热性差,主要用于胶鞋、改性沥青、合成树脂改性剂和粘合剂等, 其中80%左右消费量用于制鞋业。在发达国家与地区,SIS 发展很快。采用SIS 制备的热熔胶不仅粘接性能优越, 而且耐热
性好, 已成为欧美日各国热熔胶的主要材料。
2 烯烃类热塑性弹性体(TPO)
TPO 是以聚丙烯(PP)为硬链段和EPDM 为软链段的共混物。由于它比其它TPE 的比重轻(仅为0.88),耐热性高达100o C ,耐天候性和耐臭氧性也好,因而成为TPE 中又一发展很快的品种。目前,TPO 已成为美日欧等汽车和家电领域的主要橡塑材料,特别是在汽车行业上,已占到其总量的75%。
经过动态硫化的TPO 称为TPV(热塑性硫化胶) ,动态硫化是指在PP 与EPDM 混合物在熔融共混时,加入能使其硫化的交联剂,利用密炼机、螺杆挤出机等机械提供高剪切应力,使完全硫化的微细EPDM 交联橡胶的颗粒,充分分散在PP 基体之中。通过这种交联橡胶的“粒子效果”,导致TPO 的耐压缩变形性、耐热老化性、耐油性等都得到明显改善。
3 聚醚酯类热塑性弹性体(TPEE)
TPEE 是一类以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为硬段(结晶相) ,聚醚或聚酯为软段的嵌段共聚物(非晶相) ,俗称聚酯热塑性弹性体或聚酯橡胶。硬段和软段的比例决定了热塑性聚酯弹性体的硬度和物理机械性能。在高温下结晶熔化, 硬段失去了对分子的束缚力,材料呈现塑性,可以用常规塑料加工手段进行加工;而随着温度的下降,硬段对分子的束缚功能逐渐恢复,显示了硫化橡胶的特性。聚酯类热塑性弹性体具有的优良韧性和回弹性、良好的耐蠕变性、耐磨性、抗弯曲疲劳性,低温下具有良好的韧性,耐腐蚀、老化性能优异。
4 聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)
主链上含有较多氨基甲酸酯-NH-C-O-结构单元的高聚物通称为聚氨基甲酸酯,简称为聚氨酯,而热塑性聚氨酯弹性体是聚氨酯橡胶的一类。在嵌段物中有氨基甲酸酯基团存在,其软段是聚酯或聚醚低聚二醇(相对分子质量800~3500),硬段是氨基甲酸酯基团,分子间的氢键交联和大分子链间的轻度交联使得这种高分子材料具有可塑性。
TPU 兼有塑料加工工艺性能和橡胶的物理机械特性及强度性能, 其耐磨、耐油、耐低温、耐辐射性能尤为优良。采用挤出、注射、吹膜、压延、纺丝等方法,TPU 可制成各种工业制品,其应用几乎渗透到各个工业领域。
5 聚酰胺类热塑性弹性(TPA)
TPA 主要是以尼龙为硬链段和以聚乙二醇、聚丙二醇为软链段构成的一系列尼龙型热塑弹性体。TPA 实际上已远离橡胶,缺乏弹性,但保留了尼龙树脂的各个长处,如强韧性、耐化学药品性、耐磨性等。TPA 是一种工程类TPE ,其优点是比重小,易于成型加工,硬度调节范围大;缺点为耐强酸性、耐强碱性以及耐热水性都不如TPE ,而且价格也偏高。主要用于消音齿轮、纯管、运动鞋、网球拍、树脂共混等。
6 氯乙烯类热弹性体(TPVC)
TPVC 是以PVC 为主体,通过与TPE 共混、引入交联或歧化结构、合成高聚合度聚氯乙烯(HPVC)树脂,并通过增塑等手段而制成的一种新型弹性体材料。与软质PVC 相比,改性后的聚氯乙烯弹性体的耐温性能好(即模量对温度的敏感性下降) ,而且具有压缩永久变形小、高温保形性好、回弹性大、耐老化、耐油、弯曲疲劳强度高、价格低廉等特点,使其应用日益广泛。
热塑性弹性体
热塑性弹性体(TPE)是一种由玻璃态或半结晶态热塑性树脂和柔软的弹性体所成的嵌段共聚物,它兼备了橡胶的高弹性和热塑性树脂的热塑加工性,被誉为“第三代合成橡胶”。其结构特点是由化学键组成不同的树脂段和橡胶段, 树脂段凭借链间作用力形成物理交联点, 橡胶段是高弹性链段, 贡献弹性。塑料段的物理交联随温度的变化而呈可逆变化, 显示了热塑性弹性体的塑料加工特性。TPE 产品既具备传统交联硫化橡胶的高弹性、耐老化、耐油性各项优异性能,同时又具备普通塑料加工方便、加工方式广的特点。可采用注塑、挤出、吹塑等加工方式生产。
从1960年杜邦公司推出第一代热塑性弹性体(TPU)以来,到现在已经发展到第4代, 产品已达到20多个系列、100多个品种。1987~1996年间,TPE 年均增长率始终保持在5.5%左右,1997年TPE 的世界需求量已突破100万吨。2001~2006年,世界TPE 的消耗量年均增长率为6.4%,其中欧洲为4.4%,北美为5.7%,亚太地区超过8%,拉丁美洲则达到10%。2008-2011年,全球TPE 需求量将以年均6.3%的速度增长,特别是共聚酯弹性体和热塑性硫化弹性体等高性能材料。而中国占世界市场的份额将从2006年的30%增加到2011年的33%以上。
TPE 的最大特征是具有多相结构,它的软段和硬段分别产生高弹性和交联点的作用,因而用它加工制造橡胶制品具有如下一些优点:(1)可用一般的热塑性成型机加工;(2)能用橡胶注塑成型机硫化;(3)可用压出机成型硫化;(4)生产过程中产生的废料和最终出现的废品可以直接再利用;(5)用过的TPE 产品可以简单再生之后再次利用;(6)不需硫化;(7)自补强性大,配方大大简化,使配合剂对聚合物的影响制约大为减小,质量性能更易掌握。
1 苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)
TPS 为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型共聚物, 主要品种为SBS(丁二烯与苯乙烯嵌段共聚物) 与SIS(异戊二烯与苯乙烯嵌段共聚物) 。SBS 具有良好拉伸强度和弹性, 耐摩擦和疲劳性能优异, 且价廉物美,但耐热性差,主要用于胶鞋、改性沥青、合成树脂改性剂和粘合剂等, 其中80%左右消费量用于制鞋业。在发达国家与地区,SIS 发展很快。采用SIS 制备的热熔胶不仅粘接性能优越, 而且耐热
性好, 已成为欧美日各国热熔胶的主要材料。
2 烯烃类热塑性弹性体(TPO)
TPO 是以聚丙烯(PP)为硬链段和EPDM 为软链段的共混物。由于它比其它TPE 的比重轻(仅为0.88),耐热性高达100o C ,耐天候性和耐臭氧性也好,因而成为TPE 中又一发展很快的品种。目前,TPO 已成为美日欧等汽车和家电领域的主要橡塑材料,特别是在汽车行业上,已占到其总量的75%。
经过动态硫化的TPO 称为TPV(热塑性硫化胶) ,动态硫化是指在PP 与EPDM 混合物在熔融共混时,加入能使其硫化的交联剂,利用密炼机、螺杆挤出机等机械提供高剪切应力,使完全硫化的微细EPDM 交联橡胶的颗粒,充分分散在PP 基体之中。通过这种交联橡胶的“粒子效果”,导致TPO 的耐压缩变形性、耐热老化性、耐油性等都得到明显改善。
3 聚醚酯类热塑性弹性体(TPEE)
TPEE 是一类以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)为硬段(结晶相) ,聚醚或聚酯为软段的嵌段共聚物(非晶相) ,俗称聚酯热塑性弹性体或聚酯橡胶。硬段和软段的比例决定了热塑性聚酯弹性体的硬度和物理机械性能。在高温下结晶熔化, 硬段失去了对分子的束缚力,材料呈现塑性,可以用常规塑料加工手段进行加工;而随着温度的下降,硬段对分子的束缚功能逐渐恢复,显示了硫化橡胶的特性。聚酯类热塑性弹性体具有的优良韧性和回弹性、良好的耐蠕变性、耐磨性、抗弯曲疲劳性,低温下具有良好的韧性,耐腐蚀、老化性能优异。
4 聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)
主链上含有较多氨基甲酸酯-NH-C-O-结构单元的高聚物通称为聚氨基甲酸酯,简称为聚氨酯,而热塑性聚氨酯弹性体是聚氨酯橡胶的一类。在嵌段物中有氨基甲酸酯基团存在,其软段是聚酯或聚醚低聚二醇(相对分子质量800~3500),硬段是氨基甲酸酯基团,分子间的氢键交联和大分子链间的轻度交联使得这种高分子材料具有可塑性。
TPU 兼有塑料加工工艺性能和橡胶的物理机械特性及强度性能, 其耐磨、耐油、耐低温、耐辐射性能尤为优良。采用挤出、注射、吹膜、压延、纺丝等方法,TPU 可制成各种工业制品,其应用几乎渗透到各个工业领域。
5 聚酰胺类热塑性弹性(TPA)
TPA 主要是以尼龙为硬链段和以聚乙二醇、聚丙二醇为软链段构成的一系列尼龙型热塑弹性体。TPA 实际上已远离橡胶,缺乏弹性,但保留了尼龙树脂的各个长处,如强韧性、耐化学药品性、耐磨性等。TPA 是一种工程类TPE ,其优点是比重小,易于成型加工,硬度调节范围大;缺点为耐强酸性、耐强碱性以及耐热水性都不如TPE ,而且价格也偏高。主要用于消音齿轮、纯管、运动鞋、网球拍、树脂共混等。
6 氯乙烯类热弹性体(TPVC)
TPVC 是以PVC 为主体,通过与TPE 共混、引入交联或歧化结构、合成高聚合度聚氯乙烯(HPVC)树脂,并通过增塑等手段而制成的一种新型弹性体材料。与软质PVC 相比,改性后的聚氯乙烯弹性体的耐温性能好(即模量对温度的敏感性下降) ,而且具有压缩永久变形小、高温保形性好、回弹性大、耐老化、耐油、弯曲疲劳强度高、价格低廉等特点,使其应用日益广泛。