高性能熱塑性彈性體制備工藝與創(chuàng)新應(yīng)用研討交流/杭州 什么是熱塑性彈性體? 熱 塑 性 彈 性 體 (Thermoplastic elastomer,TPE),是一種在常溫下顯示硫化橡膠的高彈性,而高溫下又像熱塑性塑料一樣易于加工成型,兼具硫化橡膠和熱塑性塑料特性的聚合物材料,主要為嵌段或接枝聚合物,其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為兩相,一相為橡膠相,貢獻(xiàn)彈性;另一相為樹脂,表現(xiàn)強(qiáng)度。由于其結(jié)構(gòu)特性,使得熱塑性彈性體兼具橡膠與樹脂二者的優(yōu)良性能,在室溫下呈現(xiàn)柔軟狀態(tài),具有韌性和彈性,類似于橡膠;而高溫時(shí)破壞鏈間作用力形成的物理交聯(lián)點(diǎn),變得具有流動(dòng)性,能塑化成型,與樹脂相似,因此常被人們稱為繼天然橡膠、合成橡膠之后的第三代合成橡膠。 Q TPE的主要品種有哪些? TPE 經(jīng)歷多年的發(fā)展已形成了十大類三十多個(gè)品種,TPE 的主要品種有熱塑性苯乙烯類彈性體 (SBC 或稱TPS)、熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)、熱塑性聚酯彈 性 體 (TPEE )、熱塑性聚酰胺彈性體(TPAE)、熱塑性硫化橡膠(TPV)、有機(jī)氟彈性體(TPF)、有機(jī)硅類等,幾乎涵蓋了合成橡膠與合成樹脂的所有領(lǐng)域。 ![]() 常見熱塑性彈性體的基本性能 Q 各類熱塑性彈性體的性能及用途? 一. 熱塑性苯乙烯彈性體(TPS) ![]() ![]() 苯乙烯類熱塑性彈性體主要產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)式 SBC 主要是以苯乙烯、丁二烯或異戊二烯為單體的嵌段共聚物,是目前世界產(chǎn)量最大,與橡膠性能最為接近的一類熱塑性彈性體。SBC 系列產(chǎn)品包括苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-異戊二烯嵌段共聚物(SIS)及苯乙烯-異戊二烯-丁二烯嵌段共聚物(SIBS)等,因具有塑料的加工工藝特性和橡膠的物理機(jī)械性能,已成典型的橡塑物質(zhì),大約有1/3左右用在橡膠工業(yè)方面。其余大部用于非橡膠工業(yè)領(lǐng)域,主要用作聚合物的改性、膠黏劑和密封膠,以及少量作為油墨、涂料的添加劑。其中,瀝青改性用來制造建筑防水器材、道路鋪裝材料,烯烴塑料(PE、PP、PS)改性生產(chǎn)抗沖擊、 耐低溫的類彈性塑料制品。在膠黏劑中加上壓敏膠和熱熔膠等,更是其應(yīng)用發(fā)展的重點(diǎn)。在橡膠工業(yè)中,以SBS為主廣泛用于制鞋工業(yè)。以其制造的鞋品大底,防滑耐寒、柔軟抗折,已成鞋材的主流,占據(jù)50%以上的半壁江山。 二、聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO) ![]() 聚烯烴熱塑性彈性體主要是指乙丙橡膠、丁腈橡膠(NBR)等橡膠與聚丙烯或聚乙烯共混,或者通過合成嵌段結(jié)構(gòu)的彈性體,形成的無需硫化就可以加工成型的一類熱塑性彈性體。具有成本低、密度小、化學(xué)抗性好等優(yōu)點(diǎn),合成的單體主要為基本的石油化工原料,易于得到。這一類熱塑性彈性體主要包括共混物(如 PP/EPM、PP/EPDM 共混物、動(dòng)態(tài)硫化的結(jié)晶聚烯烴共聚物/EPDM 共混物)、嵌段共聚物(OBC)、無規(guī)嵌段共聚物、接枝共聚物、立構(gòu)嵌段共聚物。 ![]() 嵌段型熱塑性彈性體的相結(jié)構(gòu)示意圖 ![]() 共混型熱塑性彈性體的相結(jié)構(gòu)示意圖 對于具有嵌段、接枝結(jié)構(gòu)的TPO,硬段和軟段通過化學(xué)鍵相連,對于物理共混或動(dòng)態(tài)硫化共混體系的TPO,只需要軟段分散在硬段中,形成細(xì)小的分散相結(jié)構(gòu)即可。 TPO 類的產(chǎn)品主要包括POE、TPV 和 乙 烯-辛 烯 嵌 段 共 聚 物(OBC)等三種類型,廣泛應(yīng)用于電線電纜、家用電器、汽車制造業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域,如POE 類產(chǎn)品的密度較低(0.863~0.915g/cm3 ),相對分子質(zhì)量分布窄,具有一定的結(jié)晶度,結(jié)晶部分的 PE 鏈節(jié)作為物理交聯(lián)承受載荷,非結(jié)晶的乙烯和辛烯長鏈提供彈性。因此 POE 既可以用作橡膠,又可以用作熱塑性彈性體,還可以作為塑料的 抗 沖 擊 改 性 劑.。 三、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU) : ![]() TPU是一種(AB)n型嵌段線性聚合物,A為高分子量(1000~6000)的聚酯或聚醚,B為含2~12直鏈碳原子的二醇,AB鏈段間化學(xué)結(jié)構(gòu)是二異氰酸酯。熱塑性聚氨酯橡膠靠分子間氫鍵交聯(lián)或大分子鏈間輕度交聯(lián),隨著溫度的升高或降低,這兩種交聯(lián)結(jié)構(gòu)具有可逆性。在熔融狀態(tài)或溶液狀態(tài)分子間力減弱,而冷卻或溶劑揮發(fā)之后又有強(qiáng)的分子間力連接在一起,恢復(fù)原有固體的性能。典型的TPU如氨綸等。 ![]() 不同嵌段合成的TPU的力學(xué)性能 應(yīng)用: TPU 內(nèi)胎:TPU 加工的內(nèi)胎緣于其優(yōu)異的機(jī)械性能,在保持優(yōu)異性能的前提下可以大幅減少內(nèi)胎的壁厚。 TPU智能薄膜(TSPU):通過調(diào)節(jié)軟段相種類、鍵長以及軟硬段比例,可制得不同開關(guān)溫度的TSPU材料,由該材料制得薄膜的空洞尺寸將隨著溫度變化,用于智能織物、皮革、膜分離材料和藥物緩釋等。 TPU涂覆織物制品:TPU涂覆織物制品是通過熱熔方法將TPU涂覆于織物骨架材料上,經(jīng)設(shè)計(jì)成型而做成的一種制品,具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 TPU 發(fā) 泡 顆 粒:最先由巴斯夫開發(fā)的TPU發(fā)泡顆粒廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)鞋中底,可減輕鞋底重量,同時(shí)具有良好的反彈性和減震性,以減輕對腳踝的沖擊力,更好地保護(hù)穿戴者的安全。 阻燃改性TPU:TPU本身屬于易燃材料,一旦燃燒就會劇烈放熱釋放有毒氣體并產(chǎn)生煙霧,且伴有熔融滴落的現(xiàn)象。目前,TPU的應(yīng)用廣泛、社會對其需求量日益增長,且應(yīng)用的很多場合例如線纜包覆材料、汽車工業(yè)等。 四、熱塑性聚酯彈性體(TPEE): ![]() 是一類含有 PBT聚酯硬段(結(jié)晶相,提供強(qiáng)度)和聚醚軟段(連續(xù)段)的嵌段線型共聚物。TPEE硬段的剛性、極性和結(jié)晶性使其具有突出的強(qiáng)度和較好的耐高溫性、耐蠕變性、抗溶劑性及抗沖性;軟段聚醚的低玻璃化溫度和飽和性使其具有優(yōu)良的耐低溫性和抗老化性。它兼具橡膠優(yōu)良的彈性和熱塑性塑料的易加工性。 TPEE 廣泛的應(yīng)用在汽車制件、液壓軟管、電纜電線、電子電器、文體用品、生物材料等領(lǐng)域。 五、聚酰胺類熱塑性彈性體(TPAE): ![]() TPAE是最新發(fā)展的一類交替嵌段共聚物彈性體,該類共聚物同時(shí)具備聚酰胺以及聚醚及聚酯的多種優(yōu)點(diǎn),加工性好,耐高溫、耐溶劑性能好,抗蠕變尺寸穩(wěn)定性,耐磨損,同時(shí)具有良好的低溫柔性、抗沖擊性和回彈性。 可運(yùn)用于汽車部件,運(yùn)動(dòng)用品,醫(yī)療用品,機(jī)械玩具與電氣工業(yè)等領(lǐng)域。 @ 小結(jié) 熱塑性彈性體材料由于其可循環(huán)利用及加工簡單的特點(diǎn),使 TPE 在全球范圍內(nèi)的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)橡膠。近年來,圍繞 TPE 材料高性能、功能型的研究十分活躍,許多新型的熱塑性彈性體品種不斷涌現(xiàn),可以預(yù)計(jì),隨著高分子合成技術(shù)和動(dòng)態(tài)硫化技術(shù)的開發(fā),熱塑性彈性體材料及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將會越來越光明。另外,隨著我國對環(huán)保意識的增強(qiáng)TPE 這類環(huán)保型材料,勢必得到廣泛的重視及長遠(yuǎn)的發(fā)展。 @ 參考文獻(xiàn) [1]. 佘慶彥,田洪池,韓吉彬,陳文泉,伍社毛,田明,張立群,熱塑性彈性體的研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展[J],中國材料進(jìn)展,2012,31(2):25-32. [2]韓吉彬,陳文泉,張世甲,等.熱塑性彈性體的研究與進(jìn)展[J].彈性體,2020,30(3):70-77.DOI:10.3969/j.issn.1005-3174.2020.03.015. [3]張子男. 聚烯烴熱塑性彈性體結(jié)晶行為及阻燃性能的研究[D]. 上海:上海交通大學(xué),2015. [4]于清溪..聚苯乙烯系熱塑性彈性體(SBC)生產(chǎn)發(fā)展與市場消費(fèi)概論[J].橡塑技術(shù)與裝備,2017,43(17):1522.DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2017.17.004. [5]范群福. 苯乙烯類熱塑性彈性體表面微結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其性能研究[D]. 黑龍江:哈爾濱工程大學(xué),2015.DOI:10.7666/d.D751109. [6]魏健,于向偉,孫浩,等. 影響熱塑性聚氨酯彈性體性能的因素[J]. 彈性體,2019,29(5):29-32.DOI:10.3969/j.issn.1005-3174.2019.05.007. 編輯:化工新材料技術(shù)薈集地 |
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