因為熱塑性彈性體(TPEs)在聚合物工業(yè)的迅速崛起,使得越來越多的人關注TPEs。TPEs幾乎能應用到所有的領域,這一點使得越來越多的人們去了解TPEs性能以及TPEs方面的研究進展等相關信息。隨著TPEs產品生產商的增加,使得TPEs產品的種類也變得越來越多。因此,這篇文章針對現(xiàn)在TPE聚合物領域得研究及技術進展做了一個全面的概述,同時也介紹了幾家TPE產品生產商最近推出的新產品。
圖 1: 軟質 TPV 訂書機手柄 |
TPE概況
TPE是一種機械性能象熱固性塑料而加工過程卻類似于熱塑性塑料的聚合物。通常地,TPE具有兩種不同的微觀結構。其中一相是低分子量而且容易變形的,而另一相是硬質的,就象是軟質和韌性區(qū)域之間的一個連接的橋梁。這一點使得TPE在熔體流動速率較大的情況下具有很好的韌性。當TPE加熱到其熱變性溫度以上時,其硬質相將熔融,使得整個聚合物能在加工設備里進行流動。
在溫度較低的情況下,TPE就象時一個彈性體,在拉伸或壓縮之后能很快地進行恢復。TPE的最高使用溫度是塑料相的熱變形溫度，實際上,最高使用溫度是要低于熱變形溫度的。因為在高溫的條件下,聚合物的抗氧化性能將降低同時聚合物容易降解。TPE系列產品的種類的多樣形主要來自于TPE不同原料的選擇。很多的TPE產品都是一些軟質和韌性材料的共聚物，如：聚苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)，熱塑性聚氨酯(TPUs)，共聚聚酯嵌段共聚物(COPEs)和聚酰胺嵌段共聚物(COPAs)。
另外TPE的一種系列是由剛性物質與韌性聚合物組成的，當然這兩種物質必須具有很好的相容性，以使得兩種完全不同的相混合得很均勻。剛性物質成分包括：(TPOs)和PVC/丁腈橡膠的混合物(PVC/NBR)。具有交聯(lián)彈性體相的熱塑性彈性體稱為熱塑性硫化橡膠(TPVs)，一般地，其機械性能能達到熱固性（交聯(lián)）橡膠的水平。TPE系列的每一種類別都有很多種不同的產品，特別是TPV系列已經得到了很大的發(fā)展。
TPE所用原材料
聚苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)
SBCs可以分為兩大類，即：飽和聚苯乙烯嵌段共聚物和不飽和聚苯乙烯嵌段共聚物。不飽和的聚苯乙烯嵌段共聚物包括：苯乙烯―丁二烯―苯乙烯的嵌段共聚物（SBS）和苯乙烯－異戊二烯－苯乙烯的嵌段共聚物（SIS）。不飽和聚苯乙烯嵌段共聚物具有較低的熔融溫度，比較容易發(fā)生熱降解，耐化學品性能較差，但是這種聚合物相對來說價格較低。飽和的聚苯乙烯嵌段共聚物（SBCs）大多數(shù)是苯乙烯－乙烯－丁烯－苯乙烯的嵌段共聚物(SEBS)，這種材料具有較高的熔融溫度，具有優(yōu)異的耐高溫降解性，同時還具有很高的耐化學品性能。
SBCs的最新研究進展包括：設計出更完美的配方以生產出硬度低達邵氏硬度A5到A10的產品。同時關于SBCs的研究還包括彈性、密封性能、耐化學品性能以及使用溫度的改善。
PEs的共混物
最常見的TPE混合物是熱塑性聚烯烴彈性體（TPOs），是EPDM橡膠和聚丙烯共混而成。雖然這種產品得到商業(yè)化的應用已經有很多年了，但是其應用及研究都在快速的增長，因為這種材料具有很高的性價比。最近有關于熱塑性聚烯烴彈性體的研究，主要在于提高反應型聚烯烴彈性體的性能，同時提高產品的性價比。茂金屬聚烯烴的的出現(xiàn)可以制得很多的預期想要獲得的聚合物分子。新的聚烯烴聚合物包括：軟質的聚烯烴彈性體(POEs)和半硬質的聚烯烴彈性體(POEs)等。
塑性硫化橡膠(TPVs)
熱塑性硫化橡膠(TPVs)的研究及進展是以很快的速度持續(xù)上升的，也是熱塑性彈性體家族中研發(fā)增長速率最快的一種彈性體。絕大多數(shù)的TPV是具有兩相結構，其中的一相是EPDM交聯(lián)橡膠相，另外一相是聚丙烯塑料相(EPDM/PP TPV)。最近關于TPVs的研究主要包括：提高交聯(lián)相的化學性能從而提高TPV的性能。圖1是用EPDM/PP TPV做成的訂書機手柄。最近推出的最軟的EPDM/PP TPV的硬度已經不超過邵氏硬度25A。
為了降低成本，在可以循環(huán)使用的TPVs領域，很少有人利用交聯(lián)的可循環(huán)橡膠為彈性體相。天然膠（NR）或苯乙烯―丁二烯橡膠（SBR）被用做典型的可循環(huán)橡膠相，所以熱塑性彈性體的上限使用溫度類似與NR或者SBR。最近推出的幾種TPV的新產品也具有兩相結構，其中的一相為硅樹脂橡膠相，另外一相為工程熱塑性橡膠相。這種產品命名為TPSiV。TPSiV具有有很好的手感，并且可以在140-150°C條件下連續(xù)使用。雖然具有象NBR橡膠一樣具有高穩(wěn)定性的TPVs已經以NBR橡膠相與PP混合的形式NBR/PP TPVs得到了商業(yè)化的應用，這種材料的理論最高使用溫度為150°C，而實際上，最高使用溫度僅為125°C。最近研發(fā)新的具有高穩(wěn)定性的TPVs的最高使用溫度已經可以達到177°C，這種熱塑性彈性體的兩相結構為：丙烯酸膠（AEM）相和熱塑性工程塑料相。這些新的產品稱為AEM TPVs。
熱塑性聚氨酯(TPUs)
TPU嵌段共聚物是最早得到商業(yè)化應用的熱塑性彈性體產品之一。最近關于TPU的研究主要側重于提高TPU的最高使用溫度。最新研發(fā)的TOU比以前更軟，其硬度低達邵氏硬度20A。
共聚聚酯熱塑性彈性體(COPEs)
共聚聚酯熱塑性彈性體依然是熱塑性彈性體中重要的一種工程塑料，同時也得到了商業(yè)化應用。關于COPEs的研究，最近主要側重在提高材料的韌性，使材料具有更高的抗彎曲強度。
性能
TPE材料的主要性能都類似于其熱固性橡膠（天然膠、氯丁膠、EPDM 等）的性能。TPE和熱固性橡膠根據他們的最高使用溫度以及其抗化學品性能（石油、燃料等）進行分類。通?？梢酝ㄟ^一個簡單的XY圖標來表征TPE或其所含橡膠相的性能。具體的可以參見下圖2（目前大部分已經得到商業(yè)化的TPE都列入了表中）。
圖2: a.) TPE 的最高使用溫度及耐油性性能對比 |
圖 2: b.) 目前得到商業(yè)化應用的TPE材料相對應的熱塑性橡膠成分 |
TPE可以按很多種不同的性能參數(shù)進行分類，其中的一個主要性能是硬度和彈性。硬度一般是用邵氏硬度A或邵氏硬度D來表征。常用的TPE的硬度參見圖2。
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TPE制品的成本受到幾個因素的影響，包括：加工過程中的經濟性以及原材料價格等。下圖4列出了常用的熱塑性彈性體性能及價格的關系。
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應用
各種各樣的熱塑性彈性體的不同的性能使得TPE具有很大的應用及發(fā)展空間。目前新推出的AEM-TPV和TPSiV具有很高的耐油性能，使用溫度也能達到很多的工程應用領域的要求。所以這些材料可以應用在汽車引擎密封蓋、保護靴及軟管等領域。
圖 5: EPDM/PP TPV 材料做成的廚具把手 |
硬度較低并且具有很強的抗彎曲性能的COPEs可以用來生產抗彎曲強度要求較高的部件，例如：汽車內飾件等。更軟的EPDM/PP-TPVs因為具有很好的手感，從而可以應用在日常消費品如廚具上。很多的家用器皿都要求滿足食品接觸方面的相關標準及法規(guī)的要求，而這種產品則可以選擇TPV作為材料，從而可以生產食品包裝容器等。圖5是采用TPV 生產的廚具把手。
最新推出的茂金屬聚烯烴POE和POP開拓了一片新的具有挑戰(zhàn)性的領域。這些新研發(fā)的材料被證明應用在汽車內飾件以及表面觸感更軟的部件（采傳統(tǒng)采用軟質PVC的部件）上具有很大的優(yōu)勢。
新產品R-TPEs也被證明具有很高的性價比，適合應用于耐油性要求不高和使用溫度較低的領域。如：汽車的一些內飾件等。他們的優(yōu)良的性價比使得這種材料將會替代傳統(tǒng)的橡膠片材。一些采用熱固性較量或天然橡膠的產品也可能會被R-TPEs替代。
結論
最近關于TPE產品的研究主要是圍繞提高性能而進行的。針對TPE應用領域的局限性，目前已推出適合于工程應用的新TPE產品：AEM-TPV 和TPSiV。而軟質材料應用領域也推出了SBC和TPV材料。汽車內飾部件也將從茂金屬上獲利，低硬度的茂金屬熱塑性聚烯烴彈性體、POE以及半硬度的POP等使得汽車內飾材料又多了挑戰(zhàn)性的選擇。
