热塑性弹性体种类及应用领域

热塑性弹性体种类及应用领域

弹性体根据是否可塑化可以分为热固性弹性体、热塑性弹性体二大类。热固性弹性体即传统意义的橡胶，热塑性弹性体(TPE)于上世纪90年代开始逐渐被越来越多的商业化应用。这二类弹性体加工所采用的是二种不同的方式：橡胶用热固性设备加工，TPE采用热塑性设备加工。

TPE的定义为：在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。这类聚合物兼有热塑性橡胶和热塑性塑料的某些特点。TPE高分子链的基本结构特点是它同时串联或接枝某些化学组成不同的塑料段（硬段）和橡胶段（软段）。

TPE的种类有以下几种：苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚烯烃类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体。

01苯乙烯类热塑性弹性体

苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体是较早研究的热塑性弹性体，主要包括SBS、氢化SBS(SEBS)、SIS 和氢化SIS 等，是目前世界上产量大、发展快的一种热塑性弹性体。从应用角度来看， 苯乙烯类热塑性弹性体令人感兴趣的是室温下的性能与硫化橡胶相似，另外其弹性模量异常高，并且不随相对分子质量变化。苯乙烯类热塑性弹性体凭借其强度高、柔软、具有橡胶弹性、变形小的特点，在制鞋业、塑料改性、沥青改性、防水涂料、液封材料、电线、电缆等方面具有广泛的应用。

02聚氨酯类热塑性弹性体

聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）一般是由平均相对分子质量为600～4000 的长链多元醇（聚醚或聚酯） 和相对分子质量为61～400 的扩链剂及多异氰酸酯加成聚合的线性高分子材料。TPU 大分子主链中长链多元醇（聚醚或聚酯）构成软段，主要控制其低温性能、耐溶剂性和耐候性，而扩链剂及多异氰酸酯构成硬段。由于硬、软段的配比可以在很大范围内调整， 因此所得到的TPU既可以是柔软的弹性体，又可以是脆性的高模量塑料。TPU已在国民经济的许多领域如制鞋行业、医疗卫生、服装面料和国防用品等行业得到了广泛的应用， 但其缺点是耐老化性差、湿表面摩擦系数低、容易打滑。

03. 聚烯烃类热塑性弹性体

聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3 种类型，其中采用茂金属催化剂合成的聚烯烃热塑性弹性体乙烯—辛烯共聚物（POE）和动态硫化法制备的热塑性动态硫化胶(TPV)是两种主要的聚烯烃类热塑性弹性体。

POE

POE是指乙烯－辛烯共聚物（EOC）、乙烯－丁烯共聚物（EBC）、乙烯－己烯共聚物等，乙烯－α－烯烃共聚而成的聚烯烃类弹性体。

通常所说的POE主要指乙烯－辛烯共聚弹性体，且辛烯质量分数大于20％。POE分子结构的特殊性赋予其优异的力学性能、流变性能和耐老化性能，既可用作橡胶，又可用作热塑性弹性体，还可用作塑料的抗冲击改性剂及增韧剂，低温韧性好，性价比高，在许多场合正逐渐替代乙丙橡胶，被广泛用于塑料改性。

POE分子结构与三元乙丙橡胶(EPDM)相似，因此POE也会具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，通过对POE进行交联，材料的耐热温度被提高，变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。

POE主要交联方法有：电子束或γ射线辐射交联法、过氧化物交联法和硅烷交联法，此外还POE还可以用光交联、盐交联等其他交联方法。常用的过氧化物交联剂主要有：过氧化二异丙苯DCP、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷（双2，5）、双(叔丁过氧异丙基)苯BIPB、过氧化苯甲酰(BPO)等。

TPV

采用动态硫化法制得的热塑性弹性体称为热塑性硫化橡胶（TPV）。TPV 是TPE的一种特殊类型，与具有弹性的嵌段共聚物不同，而是由弹性体/热塑性聚合物共混物的协同作用生成，具有比简单共混物更好的性质。

制备TPV常用到的弹性体有三元乙丙橡胶(EPDM)， EPDM是乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物，二烯双键具有反应活性，在硫化剂的作用下，可以得到高交联度的EPDM 。EPDM 具有良好的耐热、耐候和力学性能，但是硬度和加工性能较差，从而限制了其发展。

制备TPV的关键技术是动态硫化技术， 这一技术的进步之一是采用低成本的现有加工方法，通过将现有的聚合物进行共混来制备新产品。例如：尼龙/EPDM型TPV、PP/EPDM型TPV、尼龙/丁腈橡胶型TPV等。

04. 聚酰胺类热塑性弹性体(TPAE)

TPAE由高熔点结晶性硬段(聚酰胺)和非结晶性软段(聚酯或聚醚)组成。其性能取决于硬段类型及两种嵌段的长度。由于硬段聚酰胺的存在，使TPAE具有优异的韧性、耐化学性、耐磨性及消音性。通过选择和控制嵌段类别，其力学、热和化学性能可在很大范围内变化。

根据TPAE合成所需的原料, 其合成方法可以分为二元酸法和异氰酸酯法。采用二元酸法, TPAE 是由端羧基脂肪族聚酰胺嵌段与端羟基聚醚二元醇通过酯化反应制备的。异氰酸酯法是以半芳酰胺为硬段, 脂肪族聚酯、聚醚或聚碳酸酯作为软段。