一、常见热塑性弹性体种类简介

热塑性弹性体,有时候也称作热塑性橡胶,是同时具有热塑性塑料和弹性体特性的一 类共聚物或共混物,分子结构可形象地分为硬段部分(室温下可结晶)和软段部分。

热塑性弹性体具有以下特性:
  • 硬度范围宽(邵氏0A-80D),触感好
  • 分子结构多样性,便于功能化设计
  • 加工方式多样化,包括挤出、注塑、流延、吹塑等,可高效率制备各种复杂制品
  • 边角料可以回收循环利用,有效节约生产成本
  • 比重小,没有明显蠕变
  • 环保性好,对环境友好,生产过程无污染
今天为大家介绍常见的热塑性弹性体TPS、TPV、TPU、TPEE,包括材料的结构、性能和应用,并用表格将它们的外观手感、耐介质化学性、机械性能、加工性能进行清晰的比较。

常见热塑性弹性体种类及对比

长按识别二维码关注公众号,点击下方菜单栏左侧“微信群”,申请加入群聊

1、TPS

TPS,苯乙烯类热塑性弹性体,也称TPE-S,常见的有SBS、SEBS、SIS等。
常见热塑性弹性体种类及对比图 SBS的分子结构
SBS是聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物,是一种优异的苯乙烯系热塑性弹性体,不必经硫化即具有类似硫化橡胶的物理性质,可直接注射成型,并且能百分之一百回收利用。
常见热塑性弹性体种类及对比
图 SEBS的分子结构
SEBS,化学名称为聚苯乙烯—聚(乙烯-丁烯)—聚苯乙烯嵌段共聚物,是SBS加氢得到的产品。SEBS不含不饱和双键,因此其耐老化、耐黄变、耐温、耐腐蚀性能优于SBS。
  • SBS和SEBS都具有塑料的可塑性及橡胶的弹性;
  • SBS分子具有类似橡胶的不饱和分子结构,因而更具有橡胶的手感和回弹性;
  • SEBS分子具有饱和分子结构,其耐老化、耐黄变、耐温、耐腐蚀性能优于TPR。
TPS广泛应用于日用制品,玩具礼品,成人情趣用品,五金工具,运动器材,医疗用品,汽车配件,鞋材制品,线材线缆等。两者的区别主要在于具体应用场合的不同。
常见热塑性弹性体种类及对比图 TPS在便携式音响上的应用

2、TPV

热塑性动态硫化橡胶(英文为Thermoplastic Vulcanizate),简称为TPV,是橡胶与塑料经过动态硫化工艺,橡胶作为分散相分布在热塑性塑料连续相中的热塑性弹性体种类。
根据橡胶和塑料种类不同,TPV可以有很多分类,常见的是PP+EPDM组合。
常见热塑性弹性体种类及对比
由于其特殊的动态硫化体系,赋予了其优良的综合性能(TPV的耐溶剂,耐高温性以及机械强度都要优于SEBS体系弹性体)。
  • TPV具有良好的弹性和耐压缩变形性,耐环境、耐老化性相当于三元乙丙橡胶,耐油耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶不相上下。
  • 优良的加工性能:可用注射、挤出等热塑性塑料的加工方法加工,高效、简单易行,无需增添设备,流动性高、收缩率小。
  • 绿色环保,可回收使用,且反复使用六次性能无明显下降,符合欧盟环保要求。
TPV广泛应用于汽车配件、电子电器、消费用品及建筑等领域,具体有汽车密封材料、汽车发动机系统、刹车和消音部件、电池壳、电线电缆绝缘层及护套、生活用品/医疗用品的包装等。
常见热塑性弹性体种类及对比TPV汽车密封应用,道恩

3、TPU

聚氨脂热塑性弹性体(TPU)又称聚氨酯橡胶,它是由低聚制二异氰酸酯与带有端羟基的聚醚或聚酯多元醇以及低分子量二元醇链增长剂相互应而制得。
聚氨酯弹性体是一种嵌段聚合物,一般由多元醇的柔性长链构成软段,以二异氰酸酯及扩链剂构成硬段。聚氨酯弹性体分子链中含大量有氨酯基团和醚、酯及脲基团,以强有力的氢键结合而成。由众多的醚和酯生成的配方可以得到性能很不相同的聚氨酯弹性体品种。
常见热塑性弹性体种类及对比
TPU分子结构式
TPU是嵌段共聚物,硬段与软段的组分比例决定TPU的性能。
  • TPU具有优异的柔软性和回弹性,可从很软到很硬,从柔曲性很好到刚性很大,能在较宽的硬度范围内(邵氏A10-D75)保持较高的弹性,在相同硬度下比其他弹性体承载能力高;
  • TPU具有优良的耐磨性,其耐磨性是天然橡胶的2-10倍;
  • 断裂伸长率高达600%~800%,比天然橡胶高出300%。
  • TPU耐化学性、耐油性、耐辐射、耐氧性、耐臭氧性、耐疲劳性及抗振性良好,耐热性也比较高,而模塑和加工成本低。
作为性能优良的弹性体,TPU的下游产品方向非常广泛,在日用品、体育用品、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用,具体如鞋材、软管、线缆、医疗器械、汽车漆面保护膜等等。
常见热塑性弹性体种类及对比图 TPU鞋中底
常见热塑性弹性体种类及对比TPU车衣,摄于和和新材

4、TPEE

热塑性聚酯弹性体简称TPEE或COPE,是一类含有PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段(结晶相)和脂肪族聚酯或聚醚(非晶相)软段的线型嵌段共聚物。
TPEE的硬质段与软质段间呈两相分离微观结构,其中硬质段为芳香族聚酯,一般是对苯二甲酸,软质段以聚四氢呋喃聚醚和脂肪族聚酯这两种最为常见,

也因此根据软质段的种类,TPEE材料可以分为聚酯型和聚醚型两种。

常见热塑性弹性体种类及对比TPEE分子结构式

也因此根据软质段的种类,TPEE材料可以分为聚酯型和聚醚型两种。

常见热塑性弹性体种类及对比
  • 通过对软硬段比例的调节,TPEE的硬度可以从邵氏D32到D80变化,其弹性和强度介于橡胶和塑料之间。
  • 与聚氨酯弹性体(TPU)相比,TPEE压缩模量与拉伸模量要高得多,用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件,前者可以承受更大的负载。
  • TPEE具有优异的耐热性能和耐低温性能,工作温度范围非常宽,可在-70~200℃使用。
  • TPEE具有优良的熔融稳定性和充分的热塑性,故而具有良好的加工性,可采用各种热塑性加工工艺进行加工,如挤出、注射、吹塑、旋转模塑及熔融浇铸成型等。
TPEE的应用范围有液压软管、消防软管、鞋材、运动服装面料和防护服、防尘罩,在汽车、电子电器、体育用品等领域的应用量正逐年增长。
常见热塑性弹性体种类及对比图 帝斯曼TPEE发泡中底在Columbia SH/FT上的应用,columbia 官网

常见热塑性弹性体对比

各类弹性体外观手感比较
TPS
TPV
TPU
TPEE
外观
雾面
雾面
亮面
非常亮
手感
涩,油腻
干爽
滑爽
滑爽
软硬度
非常软
透明度
高透-不透
不透
高透
不透

各类弹性体耐介质化学性比较
TPS
TPV
TPU
TPEE
差(聚酯型)
好(聚醚型)
差(聚酯型)
差(聚酯型)
耐污

各类弹性体机械性能比较
TPS
TPV
TPU
TPEE
硬度
0-95A
64A-95A
60A-74D
25D-72D
拉伸强度(MPa)
0.5-20
4-25
20-60
15-50
伸长率(%)
300-1000
120-500
200-600
300-700
撕裂强度(KN/m)
5-40
20-100
60-150
50-250

各类弹性体加工性能比较
TPS
TPV
TPU
TPEE
流动性
成型周期
熔体稳定性
干燥要求
来源:综合艾邦高分子、上海益弹等资料整理

作者 duan, yu