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TPE(热可塑性弹性体) 概一、热塑性弹性体（TPE）的定义热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，简记：TPE）是指在常温下具 有加橡胶的性质（即弹性体的性质），在高温下又可以塑化变形之高分子 材。它可以用塑料的加工机器如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成 型、T-Die 延成型等较传统化橡胶为快速的加工方式制造成品，且有 质轻（密低）、环保（可回收、燃烧无毒）、使用寿命长（可较传统橡胶达510 倍以上）、加工变化大、制品总成本低等优点。在各业中，逐渐被 广泛使用。TPE 有时候也被称作热塑性橡胶（Thermoplastic Rubber，TPR）， 但由其定义而言，应称为 TPE 较适当。TPE 是弹性体，具有加橡胶的性质，但却需要加。此外 TPE 并 具有许多介于橡胶与塑料中间的特征。二、橡胶与塑料的基本性质TPE 为同时具有橡胶（或弹性体）与塑料之性质的材，故以下先对橡 胶、塑料的基本性质做一简介。弹性体应13 粘弹性体2 塑性体应 变图 1-1各种物体的应应变特性包括橡胶（或弹性体）及塑料的高分子材，其代表性的物性质，可由应应变的特性看出。图 1-1 为各种高分子材的试片，在被伸时表现的应 应变为。图中箭头则表示试片受到伸及放松时，应应变的变化。钢铁是伸长（应变）很小的材，其应应变性质如 1 所示，是可 恢原的完全弹性体。而粘土则是完全的塑性体，如 2 所示，为完全无法 回。至于高分子物质则兼具弹性体与塑性体的性质，为粘弹性体 3 的 为，但橡胶（或弹性体）较塑料接近于完全弹性体。由于多塑料为粘弹性体，要具体描述热塑性弹性体与一般塑料的区别 并容，较大的差为热塑性弹性体在常温下具有高伸长、高回弹、 低压缩永久变形、及低脆化温等特性。另一最大区别是分子结构的差 ，由于 TPE 具有加橡胶的性质，表示 TPE 必定由橡胶成分（即软质段，soft segment）与塑料成分（即硬质段，hard segment）所构成，软质段具有弹性，而硬质段则在常温时发挥架桥点一般的作用，可防止塑性变形。但当 温上升时，硬质段的塑料成分会熔融，失去作为架桥点的作用，而成为可 塑性变形，如同塑料般加工时成型。三、TPE 材的种：TPE 的种很多。如上所述，TPE 含有硬质段及软质段，分的方法通 常是以影响最大的主链分子构造的差分几大，再以软质段、硬质段之 分子固定方式之同细分。可形成软质段的分子包括以下的橡胶：聚丁二烯（BR）、聚戊二烯（IR）、天然橡胶（NR）、乙烯丙烯橡胶（EPDM）、 丁基橡胶（IIR）、聚丁烯、聚乙烯聚丁烯、非结晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。另一方面，形成硬质段的分子可使用以下塑料：聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、间规聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚戊二系、聚氨酯、聚酯、聚酰 胺等。依 TPE 主链上分子构造的差，可大分为如图 1-2。图 1-2.SBS SIS TPS（苯乙烯系）SEBS（苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物，SBC）SEPS其它TPO（单纯混掺型） 聚烯系TPV（动态加型）TPERB（间规聚合 1.2BR） 聚二烯系TPI（反式聚戊二烯） TPNR（PP/天然橡胶）氯系 TPVC（硬质：PVC，软质：PVC 或 NBR）TPU 系（热塑性聚氨酯）TPEE 系（聚醚酯弹性体） 工程塑系TPA 系（聚酰胺系）氟素系TPE 的另一种分法，为依巨观构造的差，分为纯 TPE 及混掺 TPE。纯 TPE 是指一个分子链中，既有软质段与硬质段的共价结合，在经聚合或缩 聚合而成之高分子聚合物；混掺型 TPE 则是将作为软质段的橡胶成分，与为硬质段的塑料成分，二者混掺制成，以苯乙烯系及氯系 TPE 为主，用途逐渐扩大。四、TPE 的性能比较表 1 为主要 TPE 之各种性能比较。兹再将工业上常用之 TPE 主要特性 作一概括性明：1. TPU（热塑性聚氨酯）：TPU 主要由(1)短链二醇与氰酸酯反应所得 PU 作硬质段，（2）长链二 醇与氰酸酯反应所得 PU 作软质段，二者构成直链多嵌段的共聚物即为 TPU。TPU 主要依其软质段之聚醇分大系：聚醚系及聚酯系，然后可内 细分为 PTMG、PEG（polyoxyethylene glycol）、PPG（polyoxypropylene glycol）、ADP（Adipic ester 系）、PCL（caprolacton 系）、PC（polycarbonate 系）等，TPU 中软质段的差，对物性所形成的影响如下：优性能抗强聚酯系 聚醚系撕强聚酯系 聚醚系耐磨耗性聚酯系 聚醚系耐药品性聚酯系 聚醚系耐菌性聚酯系 聚醚系密ADP PCL PCL ADP反发挥性PTMG PCL ADP耐水性PC PTMG PCL ADP耐热化性 PC PCL ADP PTMG耐油性 ADP PCL PTMGPU 的硬质段所用的二氰酸酯亦有许多种，但适于 TPU 的硬质段则很 少。最重要的二氰酸酯则为 MDI 与 TDI。TPU 在性能及加工工艺上有以下主要特点：优点： 耐磨耗性为各 TPE 中最大的 具高强、高韧性、高透明的特性 抗疲性、耐寒性、耐油性佳 环保无毒可回收，可用于医器材缺点：9耐热性一般9耐候（紫外线）性足（可添加紫外线安定补强）9成品残应大、粘模2. TPO（聚烯系弹性体）：TPO 的硬质段为 PP 或 PE 等聚烯，软质为 EPDM（三元乙丙胶）等橡胶， 将者好的混掺即得 TPO。由于 TPO 与软质或硬质聚烯的差又是并明显，故难以下正确定义。 但通常以橡胶成分 20%以上，且弯曲弹性 690MPa 以下之聚烯材，可称为 TPO。TPO 一般专指单纯将聚烯与橡胶进物性混掺，使橡胶以微细子形态分散于聚烯基材中而成。此时所用之橡胶子可以是未加或已部分 加的。是使用已部分加的橡胶，TPO 的性质会较好，但加程太 高，则在聚烯中的分散变，使 TPO 性质低，故橡胶的加程要谨慎控制。于混掺过程，同时使橡胶起加反应而制成之 TPO，则称为 TPV（动态加型 TPO）。另一 TPO，则于聚合反应器中，将硬质段部分与软质段部分直接以共 价链聚合而得，此 TPO 以 metallocene（茂属）触媒聚合而成，另称为M-POE，因需混掺的成本且控制聚合及接枝，因此在性能及价格上 应较传统 TPO 具竞争。TPO 在性能及加工工艺上有以下主要特点：优点： 比重最小、价格低 耐寒/热型、耐酸/碱性佳（仅次于 TPEE） 耐候性、耐臭氧性、电气绝缘性佳 加工性佳、成型大型制品缺点：9受非极性溶剂，如汽油、芳香族溶剂侵蚀9抗强低（可以填补强）9压缩永久变形大9耐磨性及伸回弹性差3. TPV （动态加聚烯弹性体）TPV 是用万马机或塑机等混合设备进混合时，同时使橡胶加而制成的 TPO，软质段的加橡胶子，可微细的分散于硬质段的聚烯基材中。TPV 可依硬质段与软质段之种与组合之同，而有许多种规格，但 最具代表性的则是 PP-EPDM 系，接着续有 PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR 等系 TPV。PP-EPDM 系所用加剂为酚树脂系，促进剂为二氯化锡，也就是树脂架 桥。形成直径为m 的架桥 EPDM 子（软质段），分散于 PP 基材（硬质 段）中。橡胶径愈细，抗强与断伸长即愈大；PP 愈大，硬、 弹性、伸长亦随之增加。TPV 在性能及加工工艺上有以下主要特点：优点： 压缩永久变形为 TPE 中最低 机械性质较 TPO 佳，且硬较 TPO 低 耐油性、耐候性及耐热性佳 环保、无毒、可回收、可用于医器材缺点：9耐磨性较橡胶、TPU 差9价格远较 TPO 高9加工性一般，表面有时有痕9无透明性4. TPS（聚苯乙烯系弹性体）： 聚苯乙烯系弹性体可分为大：聚苯乙烯及橡胶（丁二烯、戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯）之嵌段共聚物，及以此为基材与聚烯烃、可塑剂（油）物共混制成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中，分子的硬质段为 PS，软质 段为聚丁二烯或聚戊二烯等聚二烯，代表性商品有 SBS（苯乙烯丁二 烯苯乙烯嵌段共聚物）、SIS（苯乙烯戊二烯苯乙烯嵌段共聚物）及 将之氢化后而成之 SEBS（苯乙烯乙烯、丁烯苯乙烯嵌段共聚物）与 SEPS（苯乙烯乙烯、丙烯苯乙烯嵌段共聚物）。TPS 为世界上需求最大之 TPE，目前已超过 60 万吨，主要因其应 应变性质与加橡胶非常接近，且加工性优，价格低，逐渐取代 PVC 及传统橡胶在鞋材及其它域的应用。TPS 的应用依其结构及物 性能而有区别，一般苯乙烯含 为： 15-40%，性质会依苯乙烯含，橡胶微相构造及组成、分子、分子分布 及是否接官能基等因素之同，而有很大的变化。SBS 及 SIS 因分子中具有 双键结合，受氧、臭氧、紫外线之影响，SEBS 及 SEPS 则无此顾虑，因此以 SEBS/SEPS 为基材之共混物，在工程材上有许多应用，惟其耐油性佳。TPS 在性能及加工工艺上有以下主要特点：优点： 制成品的物性范围广，加工 较其它 TPE 柔软伸，接近橡胶及硅胶触感，硬为 TPE 中最低 伸长最高、回弹性最好可充当许多工程塑的兼容剂及改性剂 环保、可回收、无毒、低价格（SBS 系）缺点：9 SBS 系、耐热、耐候性能差9 成品耐污性、耐磨性、耐油性皆差9 伸强较 PVC 差、无法以高频波接着9 低硬成品有时出油。9 SEBS/SEPS 系成品，印刷接着5. TPEE（聚醚酯弹性体）TPEE 分子中的硬质段为聚酯，软质段为 Tg 值低的聚醚或聚酯，为多嵌 段共聚物。TPEE 依分子构造之同可分为：1) 聚酯、聚醚型：硬质段是芳香系结晶性聚酯，软质段则是聚醚2) 聚酯、聚酯型：硬质段是芳香系结晶性聚酯，软质段则是脂肪族聚酯3) 液晶型 TPEE：硬质段是刚直的液晶分子，软质段为脂肪族聚酯。 以上三种 TPEE 中，最常用且需求最多的是聚酯、聚醚型 TPEE，硬质段以 PBT 为代表，由丁二醇与酉夫酸二甲酯组成构成，软质段聚醚则以 PTMG为代表。因 PBT 具耐热型，结晶速大，而 PTMG 则具低玻璃移点 Tg，故此种 TPEE 的成型性优，并有平衡的物性及高耐热性。作为热可塑弹性体，TPEE 能发挥其机能的范围为高硬范围。在低硬 范围，因链长目小（3 以下），硬质段会溶解在软质段中而存在中间层， 因此微相分完全，也就无法具完全的弹性体机能，故 TPEE 之低硬制 品获得。TPEE 在性能及加工工艺上有以下主要特点：优点： 耐热性最高、耐荷重大、回弹性高 反复疲特性优且性质强韧 低温挠曲性较 TPU 佳 耐油/耐药品/耐化学溶剂性佳缺点：9 获得低硬制造9 加工条件较窄，须较精密加工机器9 价格昂贵6. TPA（聚酰胺系弹性体）TPA 是以聚酰胺为硬质段，T