热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer)是一种具有橡胶的特性(高弹性、压缩永久变形等),又具有塑料的加工特征(工艺简单)的环保低碳性复合材料。
因历史和使用习惯等问题,目前国内外热塑性弹性体尚无统一命名,大部分地区习惯以英文缩写字母TPE 统称热塑性弹性体。还有一种说法是,TPE是热塑弹性体总称,TPU是热塑性聚氨酯,TPV硫化热塑性弹性体,TPR国内普遍认为是鞋底料。
TPE具有环保无毒安全等性能,且有优良的着色性,触感柔软,耐候性,抗疲劳性和耐温性,加工性能优越,可以循环使用降低成本,既可以二次注塑成型,与PP、PE、PC、PS、ABS 等基体材料包覆粘合,也可以单独成型。
世界上已工业化生产的TPE(热塑性弹性体)有:苯乙烯类(SBS、SIS、SEBS、SEPS)、烯烃类(TP0、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。
热塑性弹性体的分类
动态全硫化:是指在热塑性树脂与橡胶熔融共混时,橡胶相在交联剂作用下发生化学交联,并借助强烈的机械剪切作用,被剪切破碎成大量微米级交联橡胶颗粒,分散在热塑性树脂连续相中的过程。
以PP为硬链段、EPDM为软链段进行熔融共混时,加入使其硫化的交联剂,利用密炼机、螺杆机等机械高度剪切的力量,使完全硫化的EPDM交联橡胶的粒子,以微米级尺寸(低于1 微米)充分分散在PP 基体之中。
★TPV 具有硫化橡胶的耐热性能和低压缩变形性能;
★优良的加工性能:可用注射、挤出等热塑性塑料的加工方法加工,高效、简单易行,无需增添设备,流动性高、收缩率小。
★TPV 不需硫化的易加工共性能,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。
★比重轻(0.90—0.97),外观质量均匀,表面档次高,手感好。
★TPV 在-60℃~+135℃可正常使用;不承受负荷时,耐高温能达到+150℃。
★ 软硬度应用范围广,25A—70D;
★ 易染色的优点大大提高了制品设计的自由度。
★绿色环保,可回收使用,且反复使用六次性能无明显下降
★TPV 具有极优的耐臭氧及耐侯性;
★TPV 具有抗动态疲劳性、极好的耐候性、良好的耐磨性;
★良好的弹性和耐压缩变形性,耐环境、耐老化性相当于三元乙丙橡胶。
★TPV 对水基酸碱液体、极性油品具有出色的抗侵蚀能力
★TPV 耐油耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶不相上下。
★TPV 具有优良的耐酸碱性能,对酸碱类清洁剂均有很强抵抗力,在酸碱环境下长时间使用后仍能保持原有特性。
以PP和EPDM的简单物理共混物(部分硫化),简称TPO。
在日本,除了TPU,其他热塑性弹性体类材料习惯上统称为TPO,即日本人说的TPO=TPE=TPV=TPR;但目前的TPO 基本上都改进为高度硫化橡胶(近似于TPV),但又添加部分SEBS 进行改性,所以碰到日本客户时需要多多询问。
日本三菱化学在1984年又以SEBS、SEPS为基料制成了性能更好的混合料,并将此饱和型TPS命名为“Rubberron”上市。因此,SEBS 和SEPS不仅是通用,与PP塑料熔融共混,形成IPN型TPS(所谓IPN,实际是两种网络互相贯穿在一起的聚合物,故又称之为互穿网络化合物;它们大多数属于热固性树脂类,但也有不少像TPE的以交叉连续相形态表现出来的热塑性弹性体)。
用SBS 或SEBS 为基材与其他工程塑料形成的IPN—TPS,可以不用预处理而直接涂装;涂层不易刮伤,并且具有一定的耐油性,弹性系数在低温较宽的温度范围内没有什么变化,大大提高了工程塑料的耐寒和耐热性能。苯乙烯类化合物与橡胶接技共聚也能成为具有热塑性的TPE,已开发的有EPDM/苯乙烯、BR/苯乙烯、CI—IIR/苯乙烯、NR/苯乙烯等。
总结:
a、TPO 和TPV 都属于聚烯烃类热塑性弹性体,为了区别TPV 论坛上习惯简称其为聚烯烃类热塑性弹性体(也可称为:热塑性弹性体部分硫化橡胶);
b、TPO(以TPO 为品牌名称的基本都是日本企业,如理研TPO)近似于国内的TPV 体系,价格在45 左右,且产能相当紧张(日本汽车行业消耗)。
国内一般叫“TPE”材料,基本上属于苯乙烯类热塑性弹性体。苯乙烯类TPE(国外称TPS),为丁二烯或异戊二烯与苯乙烯嵌段型的共聚物,性能接近SBR橡胶。
优点:具有橡胶的高弹性,又具有可注塑加工的特征;环保无毒安全,有优良的着色性,触感柔软,耐候性,抗疲劳性和耐温性,加工性能优越,无须硫化,可以循环使用降低成本,既可以二次注塑成型,与PP、PE、PC、PS、ABS 等基体材料包覆粘合,也可以单独成型。
缺点:SBS 和SIS的最大问题是耐热性差,使用温度一般不能超过80℃。同时,其强伸性、耐候性、耐油性、耐磨性等也都无法同橡胶相比。
近年来美欧等国对它进行了一系列性能改进,先后出现了SBS 和SIS 经饱和加氢的SEBS 和SEPS。SEBS(以BR 加氢作软链段)和SEPS(以IR 加氢作软链段)可使抗冲强度大幅度提高,耐天侯性和耐热老化性也好。
改性TPE(SEBS/ SEPS)的特点:
改性后的TPE 耐温可以到110℃,V0 阻燃、无卤阻燃系列的SEBS/ SEPS改性TPE 因其拉伸效好、表面光滑,目前在苹果耳机线等应用上较为常见,主要生产厂家来自台湾地区,但价格昂贵。
TPR 最初是美国人首先起出来的,当时热塑性弹性体尚无统一的命名,习惯以英文字母缩写语TPR 表示热塑性橡胶,TPE 表示热塑性弹性体(两者在有关资料著作中均有使用);并应用在PP 和EPDM 的简单共混物上的,后来AES 公司的PP/EPDM 型TPV(初期叫TPR 后来改称TPV)也沿用了这一名称,再后来这一名称可能是台湾人叫开了,并在大陆流行。
不管国外怎么称呼,目前中国国内TPR 与苯乙烯类TPE 属于同一个概念,表示热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,习惯称为热塑性丁苯橡胶,即在国内TPE=苯乙烯类TPE。
但是,因为历史和翻译问题,TPV(热塑性动态硫化橡胶)的中文简称为热塑性橡胶(英文Thermoplastic Rubber),即TPR。这也就是我们不和客户说我们的材料PP/EPDM 型TPV 叫TPR,因为这样一说有的客户以为是苯乙烯类弹性体,那如果是SBS 基料的,价格比TPV 低的多了。
聚氨酯类TPE 系由与异氰酸酯反应的氨酯硬链段与聚酯或聚醚软链段相互嵌段结合的热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU。
优点:TPU 具有优异的机械强度、耐磨性、耐油性和耐屈挠性,特别是耐磨性最为突出;耐温:-30-120℃。
缺点:耐热性、耐热水性、耐压缩性较差,外观易变黄,易粘模具,加工工艺要求精准,加工成本高。
热塑性聚酯弹性体简称TPEE或COPE,是一类含有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段(结晶相)和脂肪族聚酯或聚醚(非晶相)软段的线型嵌段共聚物。TPEE属于高性能工程级弹性体,具有机械强度高、弹性好、抗冲击、耐蠕变、耐寒、耐弯曲疲劳性、耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀等优点,具有良好的加工性,并可填充、增强及合金化改性,在汽车零部件、液压软管、电缆电线、电子电器、工业制品、文体用品、生物材料等领域得到了广泛的应用。
TPEE的物理化学性能:
●力学性能
通过对软硬段比例的调节,TPEE的硬度可以从邵氏D32到D80变化,其弹性和强度介于橡胶和塑料之间。与其他热塑性弹性体(TPE)相比,在低应变条件下,TPEE模量比相同硬度的其他TPE高。当以模量为重要的设计条件时,用TPEE可缩小制品的横截面积,减少材料用量。
●拉伸强度
与聚氨酯弹性体(TPU)相比,TPEE压缩模量与拉伸模量要高得多,用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件,前者可以承受更大的负载。在室温以上,TPEE弯曲模量很高,适宜制作悬臂梁或扭矩型部件,特别适合制作高温部件。TPEE低温柔顺性好,低温缺口冲击强度优于其他TPE,耐磨耗性与TPU相当。TPEE具有优异的耐疲劳性能,与高弹性特点相结合,使该材料成为多次循环负载使用条件下的理想材料,适宜制作齿轮、胶辊、挠性联轴节、皮带等。
●耐热性能
TPEE具有优异的耐热性能,硬度越高,耐热性越好。TPEE的使用温度非常高,能适应汽车生产线上的烘漆温度(150-160℃),并且它在高温下机械性能损失小。在120℃以上使用,TPEE拉伸强度远远高于TPU。此外,TPEE还具有出色的耐低温性能。TPEE脆点低于-70℃,并且硬度越低,耐寒性越好,大部分TPEE可在-40℃下长期使用。由于在高、低温时表现出的均衡性能,TPEE的工作温度范围非常宽,可在-70-200℃使用。
●耐化学介质性
TPEE具有极好的耐油性,在室温下能耐大多数极性液体化学介质(如酸、碱、胺及二醇类化合物),其耐化学品的能力随其硬度的提高而提高。TPEE对大多数有机溶剂、燃料及气体的抗溶胀性能和抗渗透性能较好,对燃油渗透性仅为氯丁胶、氯磺化聚乙烯、丁腈胶等耐油橡胶的1/3-1/300。
●耐候性、耐老化性
TPEE在水雾、臭氧、室外大气等各种外界条件下,化学稳定性优良。象大多数热塑性弹性体(TPE)一样,在紫外光作用下会发生降解(310nm以下的紫外光是降解的一个主要因素),因此对于室外应用或制品受阳光照射的条件,配方中应添加紫外光防护助剂,其中包括炭黑和各种颜料或其他屏蔽材料,酚类防老剂和苯并三唑型紫外光屏蔽剂并用,能够有效地起到防紫外光老化。
●高回弹性
将TPEE材料应用到弹簧中,可使弹簧具有很长的使用寿命,能够帮助火车很平稳地启动、加速、减速以及停止等。和金属弹簧所不同的是,它不会生锈、也不会在自然环境条件下发生恶化、或者造成弹性破裂和损失等。而与橡胶材料相比,具有更大的重复使用性,还能保持很好的弹性。
●加工成型性
TPEE具有优良的熔融稳定性和充分的热塑性,故而具有良好的加工性,可采用各种热塑性加工工艺进行加工,如挤出、注射、吹塑、旋转模塑及熔融浇铸成型等。在低剪切速率下,TPEE熔体粘度对剪切速率不敏感,而在高剪切速率下,熔体粘度随剪切速率升高而下降。由于TPEE熔体对温度十分敏感,在10℃变化范围内,其熔融粘度变化几倍至几十倍,因此成型时应严格控制温度。
结论
目前,热塑性弹性体尚无统一的命名,习惯以英文字母缩写语,为统一起见,都以TPE 或热塑性弹性体称之。
(1)TPE=TPR,是所有热塑性弹性体和热塑性橡胶的总称,在中国代表苯乙烯类弹性体;
(2)美国、中国台湾等地区的对苯乙烯类弹性体TPE(SBS、SEBS、SIS 基体)和动态硫化橡胶TPV(EPDM+PP-X)不分类,统称TPR。
(3)EPDM+PP 的弹性体属于聚烯烃弹性体,即TPV 和TPO 是同样的概念;
(4)聚烯烃弹性体TPV/TPO 区别:a、共同点:TPO、TPV 都是由EPDM(聚烯烃弹性体)+PP。b、不同点:TPO-聚烯烃热塑性弹性体;TPV-动态硫化热塑性弹性体橡胶; TPO 属于简单物理共混物(部分硫化,交联程度低),TPV 是完全硫化(动态微米级别的镶段式完全硫化,交联程度非常高)。
(5)TPU:耐磨,拉伸大;弹性差,不耐酸碱、油。TPV:耐酸碱、油、耐气候、耐高温,抗紫外、弹性最好;拉伸差。TPE/TPR:各种性能都很平庸,单价价格最便宜。
热塑性弹性体比较
来源:新材料研习社
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