TPE的种类很多。如上所述,TPE含有硬质段及软质段,份类的方法通常是以影响最大的主链份子構造的差异来份几大类,再以软质段、硬质段之份子固定方式之不同细份。可形成软质段的份子包括以下的橡胶: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。
TPE的另一种份类法,为依巨观構造的差异,份为纯TPE及混掺TPE。纯TPE是指一个份子链中,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份子聚合物;混掺型TPE则是将作为软质段的橡胶成份,
与作为硬质段的塑胶成份,二者混掺制成,以苯乙烯系及氯系TPE为主流,用途逐渐扩大,
最近30多年来,热塑性弹性体作为第三代橡胶在世界各地取得了极为迅猛的发展。现在,热塑性弹性体的产量早已逾越第二代的液体橡胶,成为当今橡胶工业的又一新型材料。
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能。由于不需再像橡胶那样经过热硫化,因而使用简单的塑料加工机械即可很容易地制成最终产品。它的这一特点,使橡胶工业生产流程缩短了1/4,节约能耗25%-40%,提高效率10-20倍,堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命。
热塑性弹性体是介于橡胶与树脂之间的一种新型高分子材料,不仅可以取代部分橡胶,还能使塑料得到改性。热塑性弹性体所具有的橡胶与塑料的双重性能和宽广的特性,使之在橡胶工业中广泛用于制造胶鞋、胶布等日用制品和胶管、胶带、胶条、胶板、胶件以及胶粘剂等各种工业用品。同时,热塑性弹性体还可代替橡胶大量用在PVC、PE、PP、PS等通用热塑性树脂甚至PU、PA、CA等工程塑料的改性上面,使塑料工业也出现了崭新的局面。
1 热塑性弹性体的种类及性能特点
热塑性弹性体(TPE)可概括为通用TPE和工程TPE两个类型,目前已发展到10大类30多个品种,见表1。从1938年德国Bayer最早发现聚氨酯类TPE,1963年和1965年美国Phillips和Shell开发出苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合物TPE,到70年代美欧日各国开始批量生产烯烃类TPE以来,技术不断创新,新的TPE品种不断涌现,构成了当今TPE的庞大体系,使橡胶工业与塑料工业结合联姻大大向前迈进了一步。
世界上已工业化生产的TPE有:苯乙烯类(SBS、SIS、SEBS、SEPS)、烯烃类(TPO、TPV)、双烯类(TPB、TPI)、氯乙烯类(TPVC、TCPE)、氨酯类(TPU)、酯类(TPEE)、酰胺类(TPAE)、有机氟类(TPF)、有机硅类和乙烯类等,几乎涵盖了现在合成橡胶与合成树脂的所有领域。它们是由在主链上通过形成硬链段的树脂相和软链段的橡胶相,相互牢固组合在一起而成的。TPE的制造方法,大致可分为化学聚合和机械共混两大类型。前者是以聚合物的形态单独出现的,有主链共聚、接技共聚和离子聚合之分。后者主要是橡胶与树脂的共混物,其中还有以交联硫化出现的动态硫化胶(TPE—TPV)和互穿网络的聚合物(TPE—IPN)。
现在,TPE以TPS和TPO为中心,在世界各地获得了迅速发展,两者的产耗量已占到全部TPE的80%左右。双烯类TPE和氯乙烯类TPE也成为通用TPE的重要品种。其它如TPU、TPEE、TPAE、TPF等则转向了以工程为主
TPE的拉伸特性 拉伸特性
拉伸特性是用来说明弹性体被拉伸时将如何表现的测试值。有几种普遍采用的试验,可显示弹性体在最终用途环境里将会如何表现。 断裂抗拉强度
此测试值又称为极限抗拉强度。在此试验中,弹性体的试片被拉伸直至断裂。拉断此材料所需的力量也被同时测出。其单位通常是磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)。极限抗拉强度高的弹性体,与测试值较低的弹性体相比较不易拉断。 抗撕裂强度
此测试值说明弹性体抵抗撕裂的性能如何。抗撕裂强度试验与断裂抗拉强度试验基本相同,但试片一侧有一V形缺口以作为扩展点。所测试材料被拉伸至完全撕裂,撕裂此试片的力量也被同时记录。其单位通常是磅/英寸(psi)或千牛顿/米(kN/m)。 拉伸模数
在拉伸模数试验中,弹性体被拉伸至各种不同的长度,其抵抗拉伸的力量也被分别测出。此测试值通常表示为弹性体相应于其长度与原始长度的各种不同百分比时的抗拉强度,例如在50%、100%或300%时的抗拉强度。弹性体对拉伸的抵抗力在开始时可能会很强,但随着它的伸长而会变得较弱(称为“颈缩”)。 断裂伸长率
伸长率并非是衡量拉伸该材料是如何困难或如何容易,而只是衡量它在断裂前能被拉伸多长。断裂伸长率被表示为与其原始长度的百分比。某些软的弹性体在断裂前可被拉伸至其原始长度的1000%以上。软的TPE弹性体的伸长率通常比硬的刚性材料高的多。 影响测试值的因素
试片的成型方法及熔体流动方向均会影响其拉伸特性测试值。因此,对于许多弹性体,在流动方向和横断方向这两个方向的拉伸特性均要测量。 流动方向
如同弹性体的其它许多特性,拉伸特性会受到成型时聚合物分子取向的影响。因此,取决于拉伸是沿着聚合物成型时的流动方向进行,还是沿着横断方向进行,拉伸特性可能会有很大变化。 试片(挤压成型相对于注射模塑)
某些试验是用注射模塑的试片进行的,而另一些试验则是用挤压成型的试片进行的。由于不同类型的试片其测试值会有显著差别,所以很重要的一点是,只能对同类型试片的测试值进行比较。 TPE的压缩永久变形
压缩永久变形值是材料在一定温度下被压缩至一定形状,并维持一定时间后而发生永久性变形的量。
目前热塑性弹性体TPE已发展到十几个品种,已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料,广泛应用于汽车配件(管、带、垫、板等)、建筑业、制鞋、医疗制品、密封制品、包装制品、电线电缆、日常生活制品、玩具、运动器材、五金、电动工具、通讯、电子产品、家用电器、粘合剂及高分子材料改性等。其中汽车用热塑性弹性体是最重要的应用领域,占到三分之一,其次是建筑业、医用和日用生活制品。
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