因?yàn)闊崴苄詮椥泽w(TPEs)在聚合物工業(yè)的迅速崛起,使得越來越多的人關(guān)注TPEs。TPEs幾乎能應(yīng)用到所有的領(lǐng)域,這一點(diǎn)使得越來越多的人們?nèi)チ私釺PEs性能以及TPEs方面的研究進(jìn)展等相關(guān)信息。隨著TPEs產(chǎn)品生產(chǎn)商的增加,使得TPEs產(chǎn)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(lǐng)域得研究及技術(shù)進(jìn)展做了一個(gè)全面的概述,同時(shí)也介紹了幾家TPE產(chǎn)品生產(chǎn)商最近推出的新產(chǎn)品。
圖 1: 軟質(zhì) TPV 訂書機(jī)手柄 |
TPE概況
TPE是一種機(jī)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(jié)構(gòu)。其中一相是低分子量而且容易變形的,而另一相是硬質(zhì)的,就象是軟質(zhì)和韌性區(qū)域之間的一個(gè)連接的橋梁。這一點(diǎn)使得TPE在熔體流動速率較大的情況下具有很好的韌性。當(dāng)TPE加熱到其熱變性溫度以上時(shí),其硬質(zhì)相將熔融,使得整個(gè)聚合物能在加工設(shè)備里進(jìn)行流動。
在溫度較低的情況下,TPE就象時(shí)一個(gè)彈性體,在拉伸或壓縮之后能很快地進(jìn)行恢復(fù)。TPE的最高使用溫度是塑料相的熱變形溫度，實(shí)際上,最高使用溫度是要低于熱變形溫度的。因?yàn)樵诟邷氐臈l件下,聚合物的抗氧化性能將降低同時(shí)聚合物容易降解。TPE系列產(chǎn)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(chǎn)品都是一些軟質(zhì)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(zhì)與韌性聚合物組成的，當(dāng)然這兩種物質(zhì)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(zhì)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(jī)械性能能達(dá)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(chǎn)品，特別是TPV系列已經(jīng)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(xué)品性能較差，但是這種聚合物相對來說價(jià)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(shí)還具有很高的耐化學(xué)品性能。
SBCs的最新研究進(jìn)展包括：設(shè)計(jì)出更完美的配方以生產(chǎn)出硬度低達(dá)邵氏硬度A5到A10的產(chǎn)品。同時(shí)關(guān)于SBCs的研究還包括彈性、密封性能、耐化學(xué)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(chǎn)品得到商業(yè)化的應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，但是其應(yīng)用及研究都在快速的增長，因?yàn)檫@種材料具有很高的性價(jià)比。最近有關(guān)于熱塑性聚烯烴彈性體的研究，主要在于提高反應(yīng)型聚烯烴彈性體的性能，同時(shí)提高產(chǎn)品的性價(jià)比。茂金屬聚烯烴的的出現(xiàn)可以制得很多的預(yù)期想要獲得的聚合物分子。新的聚烯烴聚合物包括：軟質(zhì)的聚烯烴彈性體(POEs)和半硬質(zhì)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(jìn)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(jié)構(gòu)，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(guān)于TPVs的研究主要包括：提高交聯(lián)相的化學(xué)性能從而提高TPV的性能。圖1是用EPDM/PP TPV做成的訂書機(jī)手柄。最近推出的最軟的EPDM/PP TPV的硬度已經(jīng)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(lǐng)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(chǎn)品也具有兩相結(jié)構(gòu)，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(chǎn)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(jīng)以NBR橡膠相與PP混合的形式NBR/PP TPVs得到了商業(yè)化的應(yīng)用，這種材料的理論最高使用溫度為150°C，而實(shí)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(jīng)可以達(dá)到177°C，這種熱塑性彈性體的兩相結(jié)構(gòu)為：丙烯酸膠（AEM）相和熱塑性工程塑料相。這些新的產(chǎn)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(yīng)用的熱塑性彈性體產(chǎn)品之一。最近關(guān)于TPU的研究主要側(cè)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(dá)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(shí)也得到了商業(yè)化應(yīng)用。關(guān)于COPEs的研究，最近主要側(cè)重在提高材料的韌性，使材料具有更高的抗彎曲強(qiáng)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(jù)他們的最高使用溫度以及其抗化學(xué)品性能（石油、燃料等）進(jìn)行分類。通?？梢酝ㄟ^一個(gè)簡單的XY圖標(biāo)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(jīng)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(yīng)用的TPE材料相對應(yīng)的熱塑性橡膠成分 |
TPE可以按很多種不同的性能參數(shù)進(jìn)行分類，其中的一個(gè)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。
|
TPE制品的成本受到幾個(gè)因素的影響，包括：加工過程中的經(jīng)濟(jì)性以及原材料價(jià)格等。下圖4列出了常用的熱塑性彈性體性能及價(jià)格的關(guān)系。
|
應(yīng)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(yīng)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(dá)到很多的工程應(yīng)用領(lǐng)域的要求。所以這些材料可以應(yīng)用在汽車引擎密封蓋、保護(hù)靴及軟管等領(lǐng)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(qiáng)的抗彎曲性能的COPEs可以用來生產(chǎn)抗彎曲強(qiáng)度要求較高的部件，例如：汽車內(nèi)飾件等。更軟的EPDM/PP-TPVs因?yàn)榫哂泻芎玫氖指?，從而可以?yīng)用在日常消費(fèi)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的要求，而這種產(chǎn)品則可以選擇TPV作為材料，從而可以生產(chǎn)食品包裝容器等。圖5是采用TPV 生產(chǎn)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(lǐng)域。這些新研發(fā)的材料被證明應(yīng)用在汽車內(nèi)飾件以及表面觸感更軟的部件（采傳統(tǒng)采用軟質(zhì)PVC的部件）上具有很大的優(yōu)勢。
新產(chǎn)品R-TPEs也被證明具有很高的性價(jià)比，適合應(yīng)用于耐油性要求不高和使用溫度較低的領(lǐng)域。如：汽車的一些內(nèi)飾件等。他們的優(yōu)良的性價(jià)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(chǎn)品也可能會被R-TPEs替代。
結(jié)論
最近關(guān)于TPE產(chǎn)品的研究主要是圍繞提高性能而進(jìn)行的。針對TPE應(yīng)用領(lǐng)域的局限性，目前已推出適合于工程應(yīng)用的新TPE產(chǎn)品：AEM-TPV 和TPSiV。而軟質(zhì)材料應(yīng)用領(lǐng)域也推出了SBC和TPV材料。汽車內(nèi)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(nèi)飾材料又多了挑戰(zhàn)性的選擇。
