热塑性弹性体(TPEs):性能、生产和应用
热塑性弹性体(TPEs)具有独特的性能，在汽车、制造和工业应用中已成为必不可少的。这使得它们取代了传统的弹性体，用于制造管子、软管、绝缘涂层、垫圈和密封件。表现出与硫化橡胶类似的弹性和柔韧性的热塑性材料通常被确定为TPEs。
什么是热塑性弹性体?
TPEs，也被称为热塑性橡胶，代表了一种聚合物类，显示热塑性和弹性体性质。TPEs是一种具有低弹性模量的柔性橡胶类材料，能够拉伸到原来长度的两倍，并在去除应力后恢复到接近初始尺寸。它们可以在高温下熔化，是可加工的。TPEs因其可回收性和低加工成本而广泛应用于许多行业。典型的橡胶由于其热固性而不能再加工，而TPEs可以模压、挤压和重复使用。TPEs不一定需要稳定剂或增强剂，使它们在批对批加工中更加一致[1]。
热塑性弹性体分为以下几类聚合物[2]:
- 苯乙烯嵌段共聚物(S-TPEs)
- 烯烃共混物(TPOs)
- 热塑性硫化胶(tpv)
- 聚氨酯(tpu)
- 共聚酯(处理)
- 聚酰胺(九绊犰狳)
热塑性弹性体的性质
相结构
热塑性弹性体本质上是相分离系统。TPE在固态时是一种双相材料;有硬晶区和软非晶区。这些相通过嵌段或接枝聚合化学结合。
硬质相有助于增强TPEs的强度、耐化学性和物理交联性。它使材料具有[1]等塑性性能:
- 热塑性塑料加工性能
- 抗拉强度高
- 高抗撕裂性
另一方面，TPEs的软相提供弹性性能，如:
- 硬度高
- 耐滑性
- 灵活性
- 减震
- 耐压力
流的行为
热塑性弹性体通常是通过熔化过程制造的，类似于塑料，主要依赖于熔化材料在升高温度下的流动。流变学，或对物质流动的研究，是TPEs加工成功的关键。由于熔体粘度对温度和剪切速率的依赖，TPEs的流变性是复杂的。热塑性弹性体是非牛顿的，由于其长聚合物链结构[1]具有高粘度。
热塑性弹性体大多是通过类似于塑料的熔化技术来加工的。这些熔化过程包括但不限于:
- 注塑
- 挤压
- 吹塑
- 旋转衬里
近年来研究了TPEs作为柔性长丝材料的应用加法制造这使得制造商能够生产复杂而未来的设计。
收缩
TPEs是可压缩的;当冷却时，它们通常会缩小。热塑性弹性体的铸造模具设计尺寸更大，预期收缩和翘曲。在某些情况下，TPEs可能需要填料、稳定剂或增强剂来补偿收缩[3]。
热塑性弹性体材料生产
每一类热塑性弹性体都是机械混合或通过动态硫化。
机械混合
与聚烯烃TPE的情况一样，共混物是机械制备的，在高剪切复合设备或连续混合器上将硬聚合物与弹性体混合。两种材料的粘度在混合温度和剪切速率下必须匹配。混配[1]时必须考虑两种材料的比例和溶解度参数。
动态硫化共混
在动态硫化共混物中，弹性相是不连续的和交联的。这是通过在高剪切速率和高于热塑性塑料熔点的温度下部分硫化软弹性体相来完成的，以激活和完成硫化。材料的相容性、粒径和固化程度是为了获得最佳性能[4]必须考虑的一些参数。
热塑性弹性体的用途是什么?
汽车
汽车行业是使用TPE材料的最大领域，占应用份额的近40%。汽车制造商需要具有强弹性的材料，能够承受风化，高温，以及耐化学和耐磨性。TPEs是许多部件的优秀解决方案，如减震密封，保险杠停止，减振器和其他风雨条元件[1]。
消费品
就TPEs的消费量而言，紧随汽车行业之后的是消费品行业。TPEs存在于许多产品中，如鞋类鞋底、电器、运动器材和休闲用品。
建设
TPEs广泛应用于建筑行业的许多应用领域，如沥青路面的添加剂材料，电线绝缘以及粘合剂，密封剂和涂料[1]。
医疗
TPEs的生物相容性意味着该材料可用于医疗行业的一系列应用。你可以在这里阅读更多关于它们的用途:医用热塑性弹性体
来源
[1] J.G. Drobny, 2014，热塑性弹性体手册，爱思唯尔
[2] R.J. Spontak, N.P. Patel, 2000，“热塑性弹性体:基础和应用。”胶体与界面科学最新观点，5，第333-40页。
[3]“热塑性弹性体(TPE)常见问题”，n.d，来自:https://www.polyone.com/products/thermoplastic-elastomers/tpe-knowledge-center/tpe-faqs
[4] S. abdu - sabet, R. C. Puydak, C. P. Rader, 1996，“动态硫化热塑性弹性体”。橡胶化学与技术，69,没有。3，第476-94页。