歡迎進入柔塑企業官方網站!
logo
聯系電話
微信二維碼
關注柔塑官方微信
  • 柔塑新材
常見熱塑性彈性體(TPE)的分類
2017-06-06 22:35:21

常見熱塑性彈性體(TPE)的分類

 

一、 熱塑性彈性體(TPE)的定義熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,簡記:TPE)

     是指在常溫下具有加硫橡膠的性質(即彈性體的性質),在高溫下又可以塑化變形之高分子材料。它可以用塑料的加工機器如注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓延成型、T-Die流延成型等較傳統硫化橡膠更為快速的加工方式制造成品,且有質輕(密度低)、環保(可回收、燃燒無毒)、使用壽命長(可較傳統橡膠達5~10倍以上)、加工變化度大、制品總成本低等優點。TPE有時候也被稱作熱塑性橡膠(Thermoplastic Rubber,TPR),但由其定義而言,應稱為TPE較適當。 TPE是彈性體,具有加硫橡膠的性質,但卻不需要加硫。此外TPE并具有許多介于橡膠與塑膠中間的特征。 

二、 橡膠與塑料的基本性質 TPE為同時具有橡膠(或彈性體)與塑料之性質的材料,故以下先對橡膠、塑料的基本性質做一簡介(如圖1-1)。包括橡膠(或彈性體)及塑料的高分子材料,其代表性的物理性質,可由應力-應變的特性看出。圖1-1為各種高分子材料的試片,在被拉伸時表現的應力-應變行為。圖中箭頭則表示試片受到拉伸及放松時,應力-應變的變化。鋼鐵是伸長率(應變)很小的材料,其應力-應變性質如1所示,是可恢復原狀的完全彈性體。而粘土則是完全的塑性體,如2所示,為完全無法回復。

     至于高分子物質則兼具彈性體與塑性體的性質,為粘彈性體3的行為,但橡膠(或彈性體)較塑膠更接近于完全彈性體。由于多數塑料為粘彈性體,要具體描述熱塑性彈性體與一般塑料的區別并不容易,較大的差異為熱塑性彈性體在常溫下具有高伸長率、高回彈率、低壓縮永久變形率、及低脆化溫度等特性。

     另一最大區別是分子結構的差異,由于TPE具有加硫橡膠的性質,表示TPE必定由橡膠成分(即軟質段,soft segment)與塑料成分(即硬質段,hard segment)所構成,軟質段具有彈性,而硬質段則在常溫時發揮架橋點一般的作用,可防止塑性變形。但當溫度上升時,硬質段的塑料成分會熔融,失去作為架橋點的作用,而成為可塑性變形,如同塑料般加工時成型。

 三、 TPE材料的種類 TPE的種類很多。如上所述,TPE含有硬質段及軟質段,分類的方法通常是以影響最大的主鏈分子構造的差異來分幾大類,再以軟質段、硬質段之分子固定方式之不同細分。可形成軟質段的分子包括以下的橡膠:聚丁二烯(BR)、聚異戊二烯(IR)、天然橡膠(NR)、乙烯-丙烯橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR)、聚異丁烯、聚乙烯-聚丁烯、非結晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。 另一方面,形成硬質段的分子可使用以下塑料:聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、間規聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯胺等。依TPE主鏈上分子構造的差異,可大分為如圖1-2。

      TPE的另一種分類法,為依巨觀構造的差異,分為純TPE及混摻TPE。純TPE是指一個分子鏈中,既有軟質段與硬質段的共價結合,在經聚合或縮聚合而成之高分子聚合物;混摻型TPE則是將作為軟質段的橡膠成分, 與作為硬質段的塑料成分,二者混摻制成,以苯乙烯系及氯系TPE為主流,用途逐漸擴大。 

四、 TPE的性能比較表1為主要TPE之各種性能比較。茲再將工業上常用之TPE主要特性作一概括性說明:

 1. TPU(熱塑性聚氨酯)


 TPU主要由(1)短鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作硬質段,(√)長鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作軟質段,二者構成直鏈狀多嵌段的共聚物即為TPU。TPU主要依其軟質段之聚醇分兩大系列:聚醚系及聚酯系,然后可內細分為PTMG、PEG(polyoxyethylene glycol)、PPG(polyoxypropylene glycol)、ADP(Adipic ester系)、PCL(caprolacton系)、PC(polycarbonate系)等,TPU中軟質段的差異,對物性所形成的影響如下:優 -性能- 劣抗拉強度 聚酯系 〉 聚醚系撕裂強度 聚酯系 〉 聚醚系耐磨耗性 聚酯系 〉 聚醚系耐藥品性 聚酯系 〉 聚醚系 耐菌性 聚酯系 〉 聚醚系密度 ADP < PCL < PTMG 低溫特性 PTMG > PCL > ADP 反發揮性 PTMG > PCL > ADP 耐水性 PC > PTMG > PCL > ADP 耐熱老化性 PC > PCL > ADP > PTMG 耐油性 ADP > PCL > PTMG PU的硬質段所用的二異氰酸酯亦有許多種,但適于TPU的硬質段則很少。最重要的二異氰酸酯則為MDI與TDI。 TPU在性能及加工工藝上有以下主要特點:

優點: √耐磨耗性為各類TPE中最大的 √具高強度、高韌性、高透明的特性 √抗疲勞性、耐寒性、耐油性佳 √環保無毒可回收,可用于醫療器材, 

缺點: ☆耐熱性一般 ☆耐候(紫外線)性不足(可添加紫外線安定補強) ☆成品殘留應力大、易粘模 

2. TPO(聚烯系彈性體)

 TPO的硬質段為PP或PE等聚烯,軟質為EPDM(三元乙丙膠)等橡膠,將兩者良好的混摻即得TPO。由于TPO與軟質或硬質聚烯的差異又是并不明顯,故難以下正確定義。但通常以橡膠成分20%以上,且彎曲彈性率690MPa以下之聚烯材料,可稱為TPO。TPO一般專指單純將聚烯與橡膠進行物理性混摻,使橡膠以微細粒子形態分散于聚烯基材中而成。此時所用之橡膠粒子可以是未加硫或已部分加硫的。若是使用已部分加硫的橡膠,TPO的性質會較好,但若加硫程度太高,則在聚烯中的分散變劣,使TPO性質降低,故橡膠的加硫程度要謹慎控制。若于混摻過程,同時使橡膠起加硫反應而制成之TPO,則稱為TPV(動態加硫型TPO)。另一類TPO,則于聚合反應器中,將硬質段部分與軟質段部分直接以共價鏈聚合而得,此類TPO以metallocene(茂金屬)觸媒聚合而成,另稱為M-POE,因不需混摻的成本且易控制聚合度及接枝率,因此在性能及價格上應較傳統TPO具競爭力。 

     TPO在性能及加工工藝上有以下主要特點:優點: √比重最小、價格低 √耐寒/熱型、耐酸/堿性佳(僅次于TPEE) √耐候性、耐臭氧性、電氣絕緣性佳 √加工性佳、易成型大型制品缺點: ☆易受非極性溶劑,如汽油、芳香族溶劑侵蝕 ☆抗拉強度低(可以填料補強) ☆壓縮永久變形度大 ☆耐磨性及拉伸回彈性差 

3. TPV (動態加硫聚烯彈性體)

 TPV是用萬馬力機或塑練機等混合設備進行混合時,同時使橡膠加硫而制成的TPO,軟質段的加硫橡膠粒子,可微細的分散于硬質段的聚烯基材中。 TPV可依硬質段與軟質段之種類與組合之不同,而有許多種類規格,但最具代表性的則是PP-EPDM系,接著陸續有PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR等系列TPV。 PP-EPDM系所用加硫劑為酚樹脂系,促進劑為二氯化錫,也就是樹脂架橋。形成直徑為數μm的架橋EPDM粒子(軟質段),分散于PP基材(硬質段)中。橡膠粒徑愈細,抗拉強度與斷裂伸長率即愈大;PP量愈大,硬度、彈性率、伸長率亦隨之增加。 TPV在性能及加工工藝上有以下主要特點:優點: √壓縮永久變形量為TPE中最低 √機械性質較TPO佳,且硬度較TPO低 √耐油性、耐候性及耐熱性佳 √環保、無毒、可回收、可用于醫療器材 缺點: ☆耐磨性較橡膠、TPU差 ☆價格遠較TPO高 ☆加工性一般,表面有時易有流痕 ☆無透明性 

4. TPS(聚苯乙烯系彈性體)


聚苯乙烯系彈性體可分為兩大類:聚苯乙烯及橡膠(丁二烯、異戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯)之嵌段共聚物,及以此為基材與聚烯烴、可塑劑(油)物理共混制成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中,分子的硬質段為PS,軟質段為聚丁二烯或聚異戊二烯等聚二烯,代表性商品有SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)及將之氫化後而成之SEBS(苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)與SEPS(苯乙烯-乙烯、丙烯-苯乙烯嵌段共聚物)。 TPS為世界上需求量最大之TPE,目前已超過60萬噸,主要因其應力--應變性質與加硫橡膠非常接近,且加工性優異,價格低廉,逐漸取代PVC及傳統橡膠在鞋材及其他領域的應用。 TPS的應用依其結構及物理性能而有區別,一般苯乙烯含量為:15-40%,性質會依苯乙烯含量,橡膠微相構造及組成、分子量、分子量分布及是否接官能基等因素之不同,而有很大的變化。SBS及SIS因分子中具有雙鍵結合,易受氧、臭氧、紫外線之影響,SEBS及SEPS則無此顧慮,因此以SEBS/SEPS為基材之共混物,在工程材料上有許多應用,惟其耐油性不佳。 TPS在性能及加工工藝上有以下主要特點:優點: √制成品的物性范圍廣,易加工 √較其他TPE柔軟易拉伸,接近橡膠及硅膠觸感,硬度為TPE中最低 √伸長率最高、回彈性最好 √可充當許多工程塑料的相容劑及改性劑 √環保、可回收、無毒、低價格(SBS系)缺點: ☆SBS系列、耐熱、耐候性能差 ☆成品耐污性、耐磨性、耐油性皆差 ☆拉伸強度較PVC差、無法以高頻波接著 ☆低硬度成品有時易出油。 ☆SEBS/SEPS系成品,不易印刷接著 

5. TPEE(聚醚酯彈性體) 

TPEE分子中的硬質段為聚酯,軟質段為Tg值低的聚醚或聚酯,為多嵌段共聚物。 TPEE依分子構造之不同可分為: 1) 聚酯、聚醚型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是聚醚 2) 聚酯、聚酯型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是脂肪族聚酯 3) 液晶型TPEE:硬質段是剛直的液晶分子,軟質段為脂肪族聚酯。以上三種TPEE中,最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型TPEE,硬質段以PBT為代表,由丁二醇與酉夫酸二甲酯組成構成,軟質段聚醚則以PTMG為代表。因PBT具耐熱型,結晶速度大,而PTMG則具低玻璃移點Tg,故此種TPEE的成型性優,并有平衡的物性及高耐熱性。作為熱可塑彈性體,TPEE能發揮其機能的范圍為高硬度范圍。在低硬度范圍,因鏈長數目小(3以下),硬質段會溶解在軟質段中而存在中間層,因此微相分離不完全,也就無法具完全的彈性體機能,故TPEE之低硬度制品不易獲得。 TPEE在性能及加工工藝上有以下主要特點:優點: √耐熱性最高、耐荷重大、回彈性高 √反覆疲勞特性優且性質強韌 √低溫撓曲性較TPU更佳 √耐油/耐藥品/耐化學溶劑性佳 缺點:☆不易獲得低硬度制造 ☆加工條件較窄,須較精密加工機器 ☆價格昂貴 

6. TPA(聚酰胺系彈性體) 

TPA是以聚酰胺為硬質段,Tg值低的聚醚或聚酯為軟質段,所構成的多嵌段共聚物。聚酰胺的成分可為尼龍6、66、610、11、12等,但以尼龍6或12占重要部分。軟質段的成分為聚醚二醇或聚酯二醇的長鏈聚醇。影響TPA物性最大的,是硬質段、軟質段的比率與種類。隨著軟質段的增加,其伸長變長,應力則變小。 

TPA在性能及加工工藝上有以下主要特點:優點: √良好加工成型性(少資料,頂出性質、尺按定性佳) √具尼龍般強韌性質及耐磨耗性 √耐熱性、耐油性佳 √低溫耐沖擊性佳,缺點: ☆橡膠彈性不足 ☆易沸水水解 ☆價格昂貴 ☆回收料易變色

 

qq群推广淘宝店