热塑性橡胶塑料(TPE（热塑性弹性体）材料)

Posted 2023-06-02

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热塑性橡胶塑料(TPE（热塑性弹性体）材料)

热塑性弹性体（TPE），有时也称为热塑性橡胶，是一类共聚物或聚合物（通常是塑料和橡胶）的物理混合物，由具有热塑性和弹性体特性的材料组成。虽然大多数弹性体是热固性塑料，但相比之下，热塑性塑料在制造中相对容易使用，例如通过注塑成型。热塑性弹性体显示出橡胶材料和塑料材料的典型优势。使用热塑性弹性体的好处是能够拉伸到适度的伸长率并恢复到接近原始形状的能力，从而比其他材料具有更长的使用寿命和更好的物理范围。热固性弹性体和热塑性弹性体之间的主要区别在于其结构中的交联键类型。事实上，交联是赋予高弹性性能的关键结构因素。

类型

商业TPE有六类通用类别（名称符合ISO18064）：

苯乙烯嵌段共聚物，TPS（TPE-s）

热塑性聚烯烃弹性体

热塑性硫化橡胶，TPV（TPE-v或TPV）

热塑性聚氨酯，TPU（TPU）

热塑性共聚酯，TPC（TPE-E）

热塑性聚酰胺，TPA（TPE-A）

未分类的热塑性弹性体，TPZ

来自嵌段共聚物组的TPE材料的例子包括CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Arnitel、Hytrel、Dryflex、Mediprene、Kraton、Pibiflex、Sofprene和Laprene。这些苯乙烯嵌段共聚物（TPE-s）中有CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Sofprene、Dryflex和Laprene。Laripur、Desmopan或Elastollan是热塑性聚氨酯（TPU）的例子。Sarlink、Santoprene、Termoton、Solprene、THERMOLASTV、Vegaprene、或Forprene是TPV材料的例子。热塑性烯烃弹性体（TPO）化合物的例子是For-TecE或Engage。Ninjaflex用于3D打印。

为了符合热塑性弹性体的资格，材料必须具有以下三个基本特征：

拉伸到适度伸长的能力，并在消除应力后恢复到接近其原始形状的状态

可在高温下作为熔体加工

没有明显的蠕变

背景

当热塑性聚氨酯聚合物在1950年代问世时，TPE成为商业现实。在1960年代，苯乙烯嵌段共聚物问世，在1970年代，各种TPE出现。TPE的全球使用量（1990年为680000吨/年）以每年约9%的速度增长。由于聚苯乙烯和聚丁二烯之间的不相容性，苯乙烯-丁二烯材料具有两相微观结构块，前者根据确切的成分分成球体或棒。由于聚苯乙烯含量低，该材料具有弹性，聚丁二烯的特性占主导地位。通常，它们提供比传统交联橡胶更广泛的性能，因为其成分可以变化以适应最终的构造目标。

嵌段共聚物很有趣，因为它们可以“微相分离”以形成周期性纳米结构，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物。这种聚合物被称为Kraton，用于鞋底和粘合剂。由于微细结构，需要透射电子显微镜（TEM）来检查结构。丁二烯基质用四氧化锇染色以在图像中提供对比度。该材料是通过活性聚合制成的，因此块体几乎是单分散的，因此有助于形成非常规则的微观结构。由于大多数聚合物彼此不相容，形成嵌段聚合物通常会导致相分离，并且自从引入SBS嵌段聚合物以来，该原理已被广泛采用，特别是在其中一种嵌段是高度结晶的情况下。不相容规则的一个例外是Noryl材料，其中聚苯乙烯和聚苯醚或PPO相互形成连续共混物。

其他TPE具有结晶域，其中一种嵌段与相邻链中的其他嵌段共结晶，例如在共聚酯橡胶中，实现与SBS嵌段聚合物相同的效果。取决于嵌段长度，由于较高的晶体熔点，域通常比后者更稳定。该点决定了材料成型所需的加工温度，以及产品的最终使用温度。这样的材料包括Hytrel，一种聚酯-聚醚共聚物和Pebax，一种尼龙或聚酰胺-聚醚共聚物。

优势

根据环境的不同，TPE在广泛的温度范围和非极性材料中具有出色的热性能和材料稳定性。TPE生产时消耗的能源更少，可以很容易地被大多数染料着色，并且可以进行经济的质量控制。TPE需要很少或不需要复合，无需添加增强剂、稳定剂或固化体系。因此，不存在重量和计量成分的批次间差异，从而提高了原材料和制成品的一致性。TPE材料具有可回收的潜力因为它们可以像塑料一样模塑、挤出和重复使用，但它们具有橡胶的典型弹性特性，由于它们的热固性特性，它们是不可回收的。它们也可以被磨碎并用回收机器人变成3D打印灯丝。

处理

TPE最重要的两种制造方法是挤出和注塑成型。TPE现在可以进行3D打印，并且已被证明在使用分布式制造制造产品方面具有经济优势。很少使用压缩成型，如果有的话。通过注塑成型制造非常快速且非常经济。通常用于传统热塑性塑料的挤出或注塑成型的设备和方法通常都适用于TPE。TPE还可以通过吹塑、熔融压延、热成型和热焊接进行加工。

应用

TPE用于传统弹性体无法提供产品所需物理性能范围的地方。这些材料在汽车领域和家用电器领域有大量应用。2014年，TPE的全球市场规模达到约167亿美元。大约40%的TPE产品用于汽车制造。例如，共聚酯TPE用于雪地摩托轨道，其中刚度和耐磨性非常重要。热塑性烯烃（TPO）越来越多地用作屋顶材料。TPE也广泛用于导管尼龙嵌段共聚物为患者提供了一系列理想的柔软度。热塑性有机硅和烯烃混合物用于挤出玻璃滑道和动态挡风雨条汽车型材。苯乙烯嵌段共聚物因其易于加工而用于鞋底，并广泛用作粘合剂。

由于在对各种热塑性基材进行双组分注塑成型方面具有无与伦比的能力，工程TPS材料还涵盖了从汽车市场到消费品和医疗产品的广泛技术应用。例如，柔软的抓握表面、设计元素、背光开关和表面，以及密封件、垫圈或阻尼元件。TPE通常用于制造汽车性能应用的悬架衬套，因为与常规橡胶衬套相比，它具有更大的抗变形能力。由于改性塑料树脂的功能、成本效益和适应性，热塑性塑料在供暖、通风和空调（HVAC）行业经历了增长成各种盖子、风扇和外壳。TPE还可用于医疗设备、电缆护套和内绝缘、性玩具和一些耳机电缆。

不仅用于工业用途，还用于运动鞋和背包等消费品。您可以在许多运动和户外品牌产品中看到基于TPE的材料“ARIAPRENE”。2021年，全新的TPE回收理念问世，称为APTERRA，它是GRS（全球回收标准）收集和再生泡沫织物厂废料，因为每次生产运行总是有20%的废料。