最近30多年來，熱塑性彈性體作為第三代橡膠在世界各地取得了極為迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)在，熱塑性彈性體的產(chǎn)量早已逾越第二代的液體橡膠，成為當(dāng)今橡膠工業(yè)的又一新型材料。
熱塑性彈性體具有硫化橡膠的物理機(jī)械性能和軟質(zhì)塑料的工藝加工性能。由于不需再像橡膠那樣經(jīng)過熱硫化，因而使用簡(jiǎn)單的塑料加工機(jī)械即可很容易地制成最終產(chǎn)品。它的這一特點(diǎn)，使橡膠工業(yè)生產(chǎn)流程縮短了1／4，節(jié)約能耗25%-40%，提高效率10-20倍，堪稱橡膠工業(yè)又一次材料和工藝技術(shù)革命。
熱塑性彈性體是介于橡膠與樹脂之間的一種新型高分子材料，不僅可以取代部分橡膠，還能使塑料得到改性。熱塑性彈性體所具有的橡膠與塑料的雙重性能和寬廣的特性，使之在橡膠工業(yè)中廣泛用于制造膠鞋、膠布等日用制品和膠管、膠帶、膠條、膠板、膠件以及膠粘劑等各種工業(yè)用品。同時(shí)，熱塑性彈性體還可代替橡膠大量用在PVC、PE、PP、PS等通用熱塑性樹脂甚至PU、PA、CA等工程塑料的改性上面，使塑料工業(yè)也出現(xiàn)了嶄新的局面。
1 熱塑性彈性體的種類及性能特點(diǎn)
熱塑性彈性體(TPE)可概括為通用TPE和工程TPE兩個(gè)類型，目前已發(fā)展到10大類30多個(gè)品種，見表1。從1938年德國(guó)Bayer最早發(fā)現(xiàn)聚氨酯類TPE，1963年和1965年美國(guó)Phillips和Shell開發(fā)出苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合物TPE，到70年代美歐日各國(guó)開始批量生產(chǎn)烯烴類TPE以來，技術(shù)不斷創(chuàng)新，新的TPE品種不斷涌現(xiàn)，構(gòu)成了當(dāng)今TPE的龐大體系，使橡膠工業(yè)與塑料工業(yè)結(jié)合聯(lián)姻大大向前邁進(jìn)了一步。
熱塑性彈性體種類與組成
種類 結(jié)構(gòu)組成 制法 用途
硬鏈段 軟鏈段
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苯乙烯類TPE(TPS)
SBS 聚苯乙烯(PS) BR 化學(xué)聚合 通用
SIS 聚苯乙烯(PS) IR 化學(xué)聚合 通用
SEBS 聚苯乙烯(PS) 加氫BR 化學(xué)聚合 通用、工程
SEPS 聚苯乙烯(PS) 加氫IR 化學(xué)聚合 通用、工程
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烯烴類TPE
TPO 聚丙烯(PP) EPDM 機(jī)械共混 通用
TPV-PP/EPDM 聚丙烯(PP) EPDM+硫化劑 機(jī)械共混 通用
TPV-PP/NBR 聚丙烯(PP) NBR+硫化劑 機(jī)械共混 通用
TPV-PP/NR 聚丙烯(PP) NR+硫化劑 機(jī)械共混 通用
TPV-PP/IIR 聚丙烯(PP) IIR+硫化劑 機(jī)械共混 通用
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雙烯類TPE
TPB(1,2-IR) 聚1,2-丁二烯 化學(xué)聚合 通用
TPI(反式1,4-IR) 聚反式1,4-異戊二烯 化學(xué)聚合 通用
T-NR(反式1,4-NR) 聚反式1,4-異戊二烯 天然聚合 通用
TP-NR(改性順式1,4-NR) 聚順式1,4異戊二烯改性物 接枝聚合 通用
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氯乙烯類TPE
Tpvc(HPVC) 結(jié)晶聚氯乙烯(PVC) 非結(jié)晶PVC 聚合或共混 通用
TPVC(PVC、NBR) 聚氯乙烯(PVC) NBR 機(jī)械共混 通用
TCPE 結(jié)晶氯化聚乙烯(CPE) 非結(jié)晶CPE 聚合或共混 通用
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氨酯類TPE(TPU) 氨酯結(jié)構(gòu) 聚酯或聚酯 聚加成 通用、工程
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酯類TPE(TPEE) 酯結(jié)構(gòu) 聚醚或聚酯 聚縮合 工程
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酰胺類TPE(TPAE) 酰胺結(jié)構(gòu) 聚醚或聚酯 聚縮合 工程
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有機(jī)氟類TPE(TPF) 氟樹脂 F橡膠 化學(xué)聚合 通用、工程
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有機(jī)硅類TPE
結(jié)晶聚乙烯(PE) Q橡膠 機(jī)械共混 通用、工程
聚苯乙烯 聚二甲基硅氧烷 嵌段共聚 通用、工程
聚雙酚A碳酸酯 聚二甲基硅氧烷 嵌段共聚 工程
聚芳酯 聚二甲基硅氧烷 嵌段共聚 工程
聚砜 聚二甲基硅氧烷 嵌段共聚 工程
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乙烯類TPE
EVA型TPE 結(jié)晶聚乙烯(PE) 乙酸乙烯酯 嵌段共聚 通用
EEA型TPE 結(jié)晶聚乙烯(PE) 丙烯酸乙酯 嵌段共聚 通用
離子健型TPE 乙烯-甲基丙烯酸離聚體 離子聚合 工程
璜化乙烯-丙烯三元離聚體 離子聚合 通用
熔融加工型TPE 乙烯互聚物 氯化聚烯烴 熔融共混 通用
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世界上已工業(yè)化生產(chǎn)的TPE有：苯乙烯類(SBS、SIS、SEBS、SEPS)、烯烴類(TPO、TPV)、雙烯類(TPB、TPI)、氯乙烯類(TPVC、TCPE)、氨酯類(TPU)、酯類(TPEE)、酰胺類(TPAE)、有機(jī)氟類(TPF)、有機(jī)硅類和乙烯類等，幾乎涵蓋了現(xiàn)在合成橡膠與合成樹脂的所有領(lǐng)域。它們是由在主鏈上通過形成硬鏈段的樹脂相和軟鏈段的橡膠相，相互牢固組合在一起而成的。TPE的制造方法，大致可分為化學(xué)聚合和機(jī)械共混兩大類型。前者是以聚合物的形態(tài)單獨(dú)出現(xiàn)的，有主鏈共聚、接技共聚和離子聚合之分。后者主要是橡膠與樹脂的共混物，其中還有以交聯(lián)硫化出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)硫化膠(TPE—TPV)和互穿網(wǎng)絡(luò)的聚合物(TPE—IPN)。
現(xiàn)在，TPE以TPS和TPO為中心，在世界各地獲得了迅速發(fā)展，兩者的產(chǎn)耗量已占到全部TPE的80%左右。雙烯類TPE和氯乙烯類TPE也成為通用TPE的重要品種。其它如TPU、TPEE、TPAE、TPF等則轉(zhuǎn)向了以工程為主。
TPE的物理機(jī)械性能視聚合物化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、分子量分布和微觀構(gòu)造的不同而各有長(zhǎng)短。各種TPE的物性與經(jīng)濟(jì)性比較見表2。
熱塑性彈性體物性與經(jīng)濟(jì)性比較(通用型TPE)
分類 TPS TPO TPB TPVC TCPE
硬度 30A-75A 50A-95A 19D-53D 40A-80A 57A-67D
抗拉強(qiáng)度/MPa 9.8-34.3 2.9-18.6 10.8 9.8-10.6 8.8-29.4
伸長(zhǎng)率/% 800-1200 200-600 710 400-900 180-750
彈性/% 45-75 40-60 30-70 30-60
密度/g·cm-3 0.91-1.20 0.89-1.00 0.91 1.20-1.30 1.14-1.28
耐磨性 Δ X ○ △ △
耐屈撓性 ○ Δ ○ ○ ○
耐熱性/℃ -60 -120 -60 -100 -100
耐寒性/℃ -70 -60 -40 -30 -30
耐油性 X △ △-○ X-○ ○
耐水性 ◎-○ ◎-○ ◎-○ ◎-○ ◎-○
耐天侯性 x-△ ○ x-△ △-○ ◎
脆化溫度/℃ <-70 <-70 -32--42 -30--50 -20-70
價(jià)格指數(shù)
重量 50-100 65-100 40-50 45-55 75-85
體積 40-93 48-120 36-46 56-69 90-100
注：◎?yàn)閮?yōu)，○為良，△為可， x為劣。
續(xù)表2 熱塑性彈性體物性與經(jīng)濟(jì)性比較(工程型TPE)
分類 TPU TPEE TPAE TPF
硬度 30A-80D 40A-70A 40D-62D 61-67
抗拉強(qiáng)度/MPa 29.4-49 25.5-39.2 11.8-34.3 2.0-11.8
伸長(zhǎng)率/% 300-800 350-450 200-400 300-650
彈性/% 30-70 60-70 60-70 10
密度/g·cm-3 1.10-1.25 1.17-1.25 1.01-1.20 1.89
耐磨性 ◎ △ ○ ○
耐屈撓性 ◎ ◎ ◎ ○
耐熱性/℃ -100 -140 -100 -120
耐寒性/℃ -65 -40 -40 -10
耐油性 ◎ ◎ ◎ ◎
耐水性 ○-△ ○-x ○-△ ○-△
耐天侯性 △-○ △ ○ ◎
脆化溫度/℃ <-70 <-70 <-70 <-10
熱塑性彈性體的的優(yōu)點(diǎn)
(1)可用一般的熱塑性塑料成型機(jī)加工，例如注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓縮成型、遞模成型等；
(2)能用橡膠注塑成型機(jī)硫化，時(shí)間可由原來的20min左右，縮短到1min以內(nèi)；
(3)可用壓出機(jī)成型硫化，壓出速度快、硫化時(shí)間短；
(4)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料(逸出毛邊、擠出廢膠)和最終出現(xiàn)的廢品，可以直接返回再利用；
(5)用過的TPE舊品可以簡(jiǎn)單再生之后再次利用，減少環(huán)境污染，擴(kuò)大資源再生來源；
(6)不需硫化，節(jié)省能源，以高壓軟管生產(chǎn)能耗為例：橡膠為188MJ／kg，TPE為144MJ／kg，可節(jié)能25%以上；
(7)自補(bǔ)強(qiáng)性大，配方大大簡(jiǎn)化，從而使配合劑對(duì)聚合物的影響制約大為減小，質(zhì)量性能更易掌握；
(8)為橡膠工業(yè)開拓新的途徑，擴(kuò)大了橡膠制品應(yīng)用領(lǐng)域。
熱塑性彈性體的缺點(diǎn)
TPE的耐熱性不如橡膠，隨著溫度上升而物性下降幅度較大，因而適用范圍受到限制。同時(shí)，壓縮變形、彈回性、耐久性等同橡膠相比較差，價(jià)格上也往往高于同類的橡膠。但總的說來，TPE的優(yōu)點(diǎn)仍十分突出，而缺點(diǎn)則在不斷改進(jìn)之中，作為一種節(jié)能環(huán)保的橡膠新型原料，發(fā)展前景十分看好。
