什么是熱塑性彈性體?
中國(guó)智造 匠心造材(東莞市戈塑新材料有限公司)專注彈性體TPE/TPR/TPU/TPV/TPEE的研發(fā)與生產(chǎn),塑造每一顆環(huán)保材料的品質(zhì)與創(chuàng)新。
工廠地址:東莞市黃江鎮(zhèn)田美南恒昌榮工業(yè)區(qū)
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熱塑性彈性體(TPE),有時(shí)也稱為熱塑性橡膠,是一類共聚物或聚合物(通常是塑料和橡膠)的物理混合物,由具有熱塑性和彈性體特性的材料組成。雖然大多數(shù)彈性體是熱固性塑料,但相比之下,熱塑性塑料在制造中相對(duì)容易使用,例如通過(guò)注塑成型。熱塑性彈性體顯示出橡膠材料和塑料材料的典型優(yōu)勢(shì)。使用熱塑性彈性體的好處是能夠拉伸到適度的伸長(zhǎng)率并恢復(fù)到接近原始形狀的能力,從而比其他材料具有更長(zhǎng)的使用壽命和更好的物理范圍。熱固性彈性體和熱塑性彈性體之間的主要區(qū)別在于其結(jié)構(gòu)中的交聯(lián)鍵類型。事實(shí)上,交聯(lián)是賦予高彈性性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素。
類型
商業(yè)TPE有六類通用類別(名稱符合ISO18064):
苯乙烯嵌段共聚物,TPS(TPE-s)
熱塑性聚烯烴彈性體
熱塑性硫化橡膠,TPV(TPE-v或TPV)
熱塑性聚氨酯,TPU(TPU)
熱塑性共聚酯,TPC(TPE-E)
熱塑性聚酰胺,TPA(TPE-A)
未分類的熱塑性彈性體,TPZ
來(lái)自嵌段共聚物組的TPE材料的例子包括CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Arnitel、Hytrel、Dryflex、Mediprene、Kraton、Pibiflex、Sofprene和Laprene。這些苯乙烯嵌段共聚物(TPE-s)中有CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Sofprene、Dryflex和Laprene。Laripur、Desmopan或Elastollan是熱塑性聚氨酯(TPU)的例子。Sarlink、Santoprene、Termoton、Solprene、THERMOLASTV、Vegaprene、或Forprene是TPV材料的例子。熱塑性烯烴彈性體(TPO)化合物的例子是For-TecE或Engage。Ninjaflex用于3D打印。
為了符合熱塑性彈性體的資格,材料必須具有以下三個(gè)基本特征:
拉伸到適度伸長(zhǎng)的能力,并在消除應(yīng)力后恢復(fù)到接近其原始形狀的狀態(tài)
可在高溫下作為熔體加工
沒(méi)有明顯的蠕變
背景
當(dāng)熱塑性聚氨酯聚合物在1950年代問(wèn)世時(shí),TPE成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)。在1960年代,苯乙烯嵌段共聚物問(wèn)世,在1970年代,各種TPE出現(xiàn)。TPE的全球使用量(1990年為680000噸/年)以每年約9%的速度增長(zhǎng)。由于聚苯乙烯和聚丁二烯之間的不相容性,苯乙烯-丁二烯材料具有兩相微觀結(jié)構(gòu)塊,前者根據(jù)確切的成分分成球體或棒。由于聚苯乙烯含量低,該材料具有彈性,聚丁二烯的特性占主導(dǎo)地位。通常,它們提供比傳統(tǒng)交聯(lián)橡膠更廣泛的性能,因?yàn)槠涑煞挚梢宰兓赃m應(yīng)最終的構(gòu)造目標(biāo)。
嵌段共聚物很有趣,因?yàn)樗鼈兛梢浴拔⑾喾蛛x”以形成周期性納米結(jié)構(gòu),苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)嵌段共聚物。這種聚合物被稱為Kraton,用于鞋底和粘合劑。由于微細(xì)結(jié)構(gòu),需要透射電子顯微鏡(TEM)來(lái)檢查結(jié)構(gòu)。丁二烯基質(zhì)用四氧化鋨染色以在圖像中提供對(duì)比度。該材料是通過(guò)活性聚合制成的,因此塊體幾乎是單分散的,因此有助于形成非常規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)。由于大多數(shù)聚合物彼此不相容,形成嵌段聚合物通常會(huì)導(dǎo)致相分離,并且自從引入SBS嵌段聚合物以來(lái),該原理已被廣泛采用,特別是在其中一種嵌段是高度結(jié)晶的情況下。不相容規(guī)則的一個(gè)例外是Noryl材料,其中聚苯乙烯和聚苯醚或PPO相互形成連續(xù)共混物。
其他TPE具有結(jié)晶域,其中一種嵌段與相鄰鏈中的其他嵌段共結(jié)晶,例如在共聚酯橡膠中,實(shí)現(xiàn)與SBS嵌段聚合物相同的效果。取決于嵌段長(zhǎng)度,由于較高的晶體熔點(diǎn),域通常比后者更穩(wěn)定。該點(diǎn)決定了材料成型所需的加工溫度,以及產(chǎn)品的最終使用溫度。這樣的材料包括Hytrel,一種聚酯-聚醚共聚物和Pebax,一種尼龍或聚酰胺-聚醚共聚物。
優(yōu)勢(shì)
根據(jù)環(huán)境的不同,TPE在廣泛的溫度范圍和非極性材料中具有出色的熱性能和材料穩(wěn)定性。TPE生產(chǎn)時(shí)消耗的能源更少,可以很容易地被大多數(shù)染料著色,并且可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量控制。TPE需要很少或不需要復(fù)合,無(wú)需添加增強(qiáng)劑、穩(wěn)定劑或固化體系。因此,不存在重量和計(jì)量成分的批次間差異,從而提高了原材料和制成品的一致性。TPE材料具有可回收的潛力因?yàn)樗鼈兛梢韵袼芰弦粯幽K?、擠出和重復(fù)使用,但它們具有橡膠的典型彈性特性,由于它們的熱固性特性,它們是不可回收的。它們也可以被磨碎并用回收機(jī)器人變成3D打印燈絲。
處理
TPE最重要的兩種制造方法是擠出和注塑成型。TPE現(xiàn)在可以進(jìn)行3D打印,并且已被證明在使用分布式制造制造產(chǎn)品方面具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。很少使用壓縮成型,如果有的話。通過(guò)注塑成型制造非??焖偾曳浅=?jīng)濟(jì)。通常用于傳統(tǒng)熱塑性塑料的擠出或注塑成型的設(shè)備和方法通常都適用于TPE。TPE還可以通過(guò)吹塑、熔融壓延、熱成型和熱焊接進(jìn)行加工。
應(yīng)用
TPE用于傳統(tǒng)彈性體無(wú)法提供產(chǎn)品所需物理性能范圍的地方。這些材料在汽車領(lǐng)域和家用電器領(lǐng)域有大量應(yīng)用。2014年,TPE的全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到約167億美元。大約40%的TPE產(chǎn)品用于汽車制造。例如,共聚酯TPE用于雪地摩托軌道,其中剛度和耐磨性非常重要。熱塑性烯烴(TPO)越來(lái)越多地用作屋頂材料。TPE也廣泛用于導(dǎo)管尼龍嵌段共聚物為患者提供了一系列理想的柔軟度。熱塑性有機(jī)硅和烯烴混合物用于擠出玻璃滑道和動(dòng)態(tài)擋風(fēng)雨條汽車型材。苯乙烯嵌段共聚物因其易于加工而用于鞋底,并廣泛用作粘合劑。
由于在對(duì)各種熱塑性基材進(jìn)行雙組分注塑成型方面具有無(wú)與倫比的能力,工程TPS材料還涵蓋了從汽車市場(chǎng)到消費(fèi)品和醫(yī)療產(chǎn)品的廣泛技術(shù)應(yīng)用。例如,柔軟的抓握表面、設(shè)計(jì)元素、背光開關(guān)和表面,以及密封件、墊圈或阻尼元件。TPE通常用于制造汽車性能應(yīng)用的懸架襯套,因?yàn)榕c常規(guī)橡膠襯套相比,它具有更大的抗變形能力。由于改性塑料樹脂的功能、成本效益和適應(yīng)性,熱塑性塑料在供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)行業(yè)經(jīng)歷了增長(zhǎng)成各種蓋子、風(fēng)扇和外殼。TPE還可用于醫(yī)療設(shè)備、電纜護(hù)套和內(nèi)絕緣、性玩具和一些耳機(jī)電纜。
不僅用于工業(yè)用途,還用于運(yùn)動(dòng)鞋和背包等消費(fèi)品。您可以在許多運(yùn)動(dòng)和戶外品牌產(chǎn)品中看到基于TPE的材料“ARIAPRENE”。2021年,全新的TPE回收理念問(wèn)世,稱為APTERRA,它是GRS(全球回收標(biāo)準(zhǔn))收集和再生泡沫織物廠廢料,因?yàn)槊看紊a(chǎn)運(yùn)行總是有20%的廢料。
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