绪论

因为热塑性弹性体(TPEs)在聚合物工业的迅速崛起,使得越来越多的人关注TPEs。TPEs几乎能应用到所有的领域,这一点使得越来越多的人们去了解TPEs性能以及TPEs方面的研究进展等相关信息。随着TPEs产品生产商的增加,使得TPEs产品的种类也变得越来越多。因此,这篇文章针对现在TPE聚合物领域得研究及技术进展做了一个全面的概述,同时也介绍了几家TPE产品生产商最近推出的新产品。

图 1: 软质 TPV 订书机手柄

 TPE概况

TPE是一种机械性能象热固性塑料而加工过程却类似于热塑性塑料的聚合物。通常地,TPE具有两种不同的微观结构。其中一相是低分子量而且容易变形的,而另一相是硬质的,就象是软质和韧性区域之间的一个连接的桥梁。这一点使得TPE在熔体流动速率较大的情况下具有很好的韧性。当TPE加热到其热变性温度以上时,其硬质相将熔融,使得整个聚合物能在加工设备里进行流动。

在温度较低的情况下,TPE就象时一个弹性体,在拉伸或压缩之后能很快地进行恢复。TPE的最高使用温度是塑料相的热变形温度，实际上,最高使用温度是要低于热变形温度的。因为在高温的条件下,聚合物的抗氧化性能将降低同时聚合物容易降解。TPE系列产品的种类的多样形主要来自于TPE不同原料的选择。很多的TPE产品都是一些软质和韧性材料的共聚物，如：聚苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)，热塑性聚氨酯(TPUs)，共聚聚酯嵌段共聚物(COPEs)和聚酰胺嵌段共聚物(COPAs)。

另外TPE的一种系列是由刚性物质与韧性聚合物组成的，当然这两种物质必须具有很好的相容性，以使得两种完全不同的相混合得很均匀。刚性物质成分包括：(TPOs)和PVC/丁腈橡胶的混合物(PVC/NBR)。具有交联弹性体相的热塑性弹性体称为热塑性硫化橡胶(TPVs)，一般地，其机械性能能达到热固性（交联）橡胶的水平。TPE系列的每一种类别都有很多种不同的产品，特别是TPV系列已经得到了很大的发展。

TPE所用原材料

聚苯乙烯嵌段共聚物(SBCs)

SBCs可以分为两大类，即：饱和聚苯乙烯嵌段共聚物和不饱和聚苯乙烯嵌段共聚物。不饱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－异戊二烯－苯乙烯的嵌段共聚物（SIS）。不饱和聚苯乙烯嵌段共聚物具有较低的熔融温度，比较容易发生热降解，耐化学品性能较差，但是这种聚合物相对来说价格较低。饱和的聚苯乙烯嵌段共聚物（SBCs）大多数是苯乙烯－乙烯－丁烯－苯乙烯的嵌段共聚物(SEBS)，这种材料具有较高的熔融温度，具有优异的耐高温降解性，同时还具有很高的耐化学品性能。

SBCs的最新研究进展包括：设计出更完美的配方以生产出硬度低达邵氏硬度A5到A10的产品。同时关于SBCs的研究还包括弹性、密封性能、耐化学品性能以及使用温度的改善。

　　PEs的共混物

最常见的TPE混合物是热塑性聚烯烃弹性体（TPOs），是EPDM橡胶和聚丙烯共混而成。虽然这种产品得到商业化的应用已经有很多年了，但是其应用及研究都在快速的增长，因为这种材料具有很高的性价比。最近有关于热塑性聚烯烃弹性体的研究，主要在于提高反应型聚烯烃弹性体的性能，同时提高产品的性价比。茂金属聚烯烃的的出现可以制得很多的预期想要获得的聚合物分子。新的聚烯烃聚合物包括：软质的聚烯烃弹性体(POEs)和半硬质的聚烯烃弹性体(POEs)等。

　　热塑性硫化橡胶(TPVs)

热塑性硫化橡胶(TPVs)的研究及进展是以很快的速度持续上升的，也是热塑性弹性体家族中研发增长速率最快的一种弹性体。绝大多数的TPV是具有两相结构，其中的一相是EPDM交联橡胶相，另外一相是聚丙烯塑料相(EPDM/PP TPV)。最近关于TPVs的研究主要包括：提高交联相的化学性能从而提高TPV的性能。图1是用EPDM/PP TPV做成的订书机手柄。最近推出的最软的EPDM/PP TPV的硬度已经不超过邵氏硬度25A。

为了降低成本，在可以循环使用的TPVs领域，很少有人利用交联的可循环橡胶为弹性体相。天然胶（NR）或苯乙烯―丁二烯橡胶（SBR）被用做典型的可循环橡胶相，所以热塑性弹性体的上限使用温度类似与NR或者SBR。最近推出的几种TPV的新产品也具有两相结构，其中的一相为硅树脂橡胶相，另外一相为工程热塑性橡胶相。这种产品命名为TPSiV。TPSiV具有有很好的手感，并且可以在140-150°C条件下连续使用。虽然具有象NBR橡胶一样具有高稳定性的TPVs已经以NBR橡胶相与PP混合的形式NBR/PP TPVs得到了商业化的应用，这种材料的理论最高使用温度为150°C，而实际上，最高使用温度仅为125°C。最近研发新的具有高稳定性的TPVs的最高使用温度已经可以达到177°C，这种热塑性弹性体的两相结构为：丙烯酸胶（AEM）相和热塑性工程塑料相。这些新的产品称为AEM TPVs。

　　热塑性聚氨酯(TPUs)

TPU嵌段共聚物是最早得到商业化应用的热塑性弹性体产品之一。最近关于TPU的研究主要侧重于提高TPU的最高使用温度。最新研发的TOU比以前更软，其硬度低达邵氏硬度20A。

　　共聚聚酯热塑性弹性体(COPEs)

共聚聚酯热塑性弹性体依然是热塑性弹性体中重要的一种工程塑料，同时也得到了商业化应用。关于COPEs的研究，最近主要侧重在提高材料的韧性，使材料具有更高的抗弯曲强度。

性能

TPE材料的主要性能都类似于其热固性橡胶（天然胶、氯丁胶、EPDM 等）的性能。TPE和热固性橡胶根据他们的最高使用温度以及其抗化学品性能（石油、燃料等）进行分类。通常可以通过一个简单的XY图标来表征TPE或其所含橡胶相的性能。具体的可以参见下图2（目前大部分已经得到商业化的TPE都列入了表中）。

图2: a.) TPE 的最高使用温度及耐油性性能对比

图 2: b.) 目前得到商业化应用的TPE材料相对应的热塑性橡胶成分

TPE可以按很多种不同的性能参数进行分类，其中的一个主要性能是硬度和弹性。硬度一般是用邵氏硬度A或邵氏硬度D来表征。常用的TPE的硬度参见图2。

图 3: 常用的热塑性弹性体的硬度对比

TPE制品的成本受到几个因素的影响，包括：加工过程中的经济性以及原材料价格等。下图4列出了常用的热塑性弹性体性能及价格的关系。

图 4: TPE性价比图

应用

各种各样的热塑性弹性体的不同的性能使得TPE具有很大的应用及发展空间。目前新推出的AEM-TPV和TPSiV具有很高的耐油性能，使用温度也能达到很多的工程应用领域的要求。所以这些材料可以应用在汽车引擎密封盖、保护靴及软管等领域。

图 5: EPDM/PP TPV 材料做成的厨具把手

硬度较低并且具有很强的抗弯曲性能的COPEs可以用来生产抗弯曲强度要求较高的部件，例如：汽车内饰件等。更软的EPDM/PP-TPVs因为具有很好的手感，从而可以应用在日常消费品如厨具上。很多的家用器皿都要求满足食品接触方面的相关标准及法规的要求，而这种产品则可以选择TPV作为材料，从而可以生产食品包装容器等。图5是采用TPV 生产的厨具把手。

最新推出的茂金属聚烯烃POE和POP开拓了一片新的具有挑战性的领域。这些新研发的材料被证明应用在汽车内饰件以及表面触感更软的部件（采传统采用软质PVC的部件）上具有很大的优势。

新产品R-TPEs也被证明具有很高的性价比，适合应用于耐油性要求不高和使用温度较低的领域。如：汽车的一些内饰件等。他们的优良的性价比使得这种材料将会替代传统的橡胶片材。一些采用热固性较量或天然橡胶的产品也可能会被R-TPEs替代。

 结论

最近关于TPE产品的研究主要是围绕提高性能而进行的。针对TPE应用领域的局限性，目前已推出适合于工程应用的新TPE产品：AEM-TPV 和TPSiV。而软质材料应用领域也推出了SBC和TPV材料。汽车内饰部件也将从茂金属上获利，低硬度的茂金属热塑性聚烯烃弹性体、POE以及半硬度的POP等使得汽车内饰材料又多了挑战性的选择。

［aassdd 在 2008-2-2 15:30:01 编辑过］