內容目錄
1. 何謂熱塑性彈性體
- (a) 兩相組成-共聚物或共混物。
- (b) 嵌段結構-軟質段和硬質段(圖1)。
- (c) 常溫下表現出加硫橡膠的高彈性,高溫下可以進行塑化成型加工的高分子材料。

2. 熱塑性彈性體與加硫橡膠的比較
- (a) 加工方式簡單,可採用射出、擠出、吹塑、模壓等工藝,取代了傳統橡膠的硫化工藝。
- (b) 加工助劑和配合劑較少。
- (c) 材料可以反復使用,有利於回收和保護環境。

3. 邵氏硬度的定義
- (a) 硬度是物質受壓變形程度或抗刺穿能力的一種物理度量方式。
- (b) 邵氏硬度是選擇熱塑性彈性體材料最重要的物性標準之一。是指用邵氏硬度計測出的值的讀數,它的單位是“度”,其描述方法分A、D兩種(圖3) (圖4),分別代表不同的硬度範圍,90度以下的用邵氏A硬度計測試,並得出資料,90度及以上的用邵氏D硬度計測試並得出數據。
- (c) 測量原理(參考影片1),具有一定形狀的鋼制壓針,在試驗力作用下垂直壓入試樣表面,當壓足表面與試樣表面完全貼合時,壓針尖端面相對壓足平面有一定的伸出長度L,以L值的大小來表的大小,L值越大,表示邵氏硬度越低,反之越高。


● (影片1)【高分子材料硬度檢測-邵氏硬度】
4. 熱塑性彈性體的分類
根據彈性體材料合成方法分為共聚和共混兩大類(圖5) (圖6)。


5. 常用彈性體材料介紹
- (a) 苯乙烯類 ( TPS 或SBC)
- (b) 聚氨酯類(TPU)
- (c) 聚酯類 (TPEE)
- (d) 聚醯胺類(TPAE)
- (e) 聚烯烴類 (TPO)
- (f) 熱塑性硫化膠TPV (PP+EPDM)
(5-1) 熱塑性苯乙烯類彈性體 ( TPS )
苯乙烯類熱性彈性體( styrenic block copolymers,簡稱SBC或TPS),也稱苯乙烯嵌段共聚物。
(5-1-1) 結構
- (a) 主要是以苯乙烯、丁二烯或異成二烯為單體(圖7)。
- (b) 苯乙烯類嵌段共聚型熱塑性彈性體的結構為S—D—S。
- (c) S為聚苯乙烯硬段,其聚集微區為無定形玻璃態——物理交聯點。
- (d) D為聚二烯烴或氫化聚丁二烯軟段,在常溫下處于高彈態——提供橡膠的彈性。

(5-1-2) 性能
- (a) 隨S段含量的提高:硬度、強度提高,彈性下降。
- (b) SBS上存在雙鍵,耐熱氧老化性不好。
- (c) 氫化後得到的SEBS是飽和的,耐熱氧老化性好。
- (d) SBS耐水和極性溶劑,不耐非極性溶劑。
- (e) SBS在使用溫度超過70°C時,壓縮永久變形就會明顯增大。
(5-1-3) 應用
- (a) 苯乙烯類TPE是目前使用量最大的TPE。
- (b) 苯乙烯類TPE主要應用於使用溫度低於70℃且對耐油性無要求的場合。
- (c) 目前苯乙烯類TPE的最主要用途是製作鞋底材料。
- (d) 塑膠和橡膠的改性;SBS瀝青改性用於高等級的公路路面;密封劑和膠黏劑。
(5-2) 熱塑性聚氨酯類彈性體(TPU)
熱塑性聚氨酯(Thermoplastic polyurethane,簡稱TPU)是具有彈性、透明、抗油、抗脂、耐磨等特性的聚氨酯塑料。
(5-2-1) 結構
- (a) 通常由二異氰酸酯、聚醚或聚酯,以及低分子二元醇類擴鏈劑反應而得(圖8) (圖9)。
- (b) 聚醚或聚酯為軟段,異氰酸酯為硬段。
- (c) 硬段可以形成分子內或分子間氫鍵,提高其結晶性,對彈性體的硬度、模量、強度具有直接的影響。
- (d) 軟段決定了彈性體的彈性和低溫性能。
- (e) 物理交聯點為結晶微區。


(5-2-2) 性能
- (a) 聚酯型TPU具有更好的力學強度和耐磨性、耐非極性溶劑性。
- (b) 聚醚型TPU具有更好的彈性、低溫性能、熱穩定性、耐水性和耐生物降解性。
(5-2-3) 應用
- (a) TPU主要應用於耐磨製品——小型實心胎、鞋底等。
- (b) 高強度耐油製品——輸油軟管。
- (c) 高強高模量製品——汽車儀錶盤。
- (d) TPU的摩擦係數很低——牽引力低,不適合製造汽車輪胎。
(5-3) 熱塑性聚酯類彈性體 (TPEE)
熱塑性聚酯彈性體(Thermoplastic Polyester Elastomer,簡稱TPEE)又稱聚酯橡膠,是一類含有PBT(聚對苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段和脂肪族聚酯或聚醚軟段的線型嵌段共聚物。
(5-3-1) 結構
- (a) 熱塑性聚酯彈性體(TPEE)是一種嵌段共聚物(圖10) 。
- (b) 其硬段比例增大可增強物理剛性和化學穩定性。
- (c) 軟段比例增大可提高柔韌性和低溫性能。
- (d) 含有高熔點、高硬度的結晶型聚酯硬段和玻璃化轉變溫度較低的非晶型聚醚或聚酯軟段,呈兩相締合結構,硬鏈段結晶起物理交聯作用,穩定製品尺寸,軟鏈段無定形賦予聚合物高回彈性。

(5-3-2) 性能
- (a) 優異的抗彎曲疲勞性能。
- (b) 極好的瞬間高溫性能。
- (c) 優異的耐衝擊性能,尤其是在低溫(-40℃) 。
- (d) 良好的抗撕裂性和耐磨性。
- (f) 出色的耐化學性和耐候性。
- (g) 優異的電性能。
- (h) 優異的電荷承受能力。
- (i) 與ABS,PBT和PC等材料具有極好的粘結性。
- (j) 與油漆,膠水和金屬均具有極好的粘結性。
- (k) 加工的多樣性和易與加工,熔融流動性好,熔融狀態穩定,收縮率低,結晶速度快。
(5-3-3) 應用
- (a) 汽車行業:汽車安全氣囊蓋板及汽車進氣管。
- (b) 工業部件:傳動皮帶及消音齒輪。
- (c) 化工行業:設備管道閥件及高分子改性劑。
- (d) 電子電氣行業:耐高低溫電線護套。
- (e) 體育用品:溜冰鞋輪。
(5-4) 熱塑性聚醯胺類彈性體(TPAE)
尼龍彈性體(Thermoplastic polyamide-based elastomer,簡稱TPAE)是熱塑性聚醯胺彈性體的俗稱,英文名是是指由剛性聚醯胺硬段和柔性聚醚或聚酯嵌軟段組成的熱塑性半結晶型共聚物。
(5-4-1) 結構
- (a) 根據硬段和軟段組分的不同,TPAE有比較多的種類。目前市面上絕大部分的尼龍彈性體為聚醚醯胺嵌段共聚物,英文名為poly(ether-block-amide),英文縮寫為PEBA。對於尼龍彈性體材料來說,聚醚軟段賦予了它優異的柔韌和高回彈性能,聚醯胺硬段賦予了它足夠的剛度,並且具有出色的低溫抗衝擊性能。
- (b) TPAE是由硬段和軟段組成,硬段為PA6、PA66、PA12等,軟段是聚醚或聚酯組成,以內醯胺、二羧酸、聚醚多元醇為基礎進行酯交換和縮聚反應而製成彈性體。
- (c) TPAE的基本分子結構是[A-B]n其中A代表聚醯胺而B代表了聚醚。由於二者的溶解參數出現很大差異,在熱力學上是不相容的。在固態時,軟、硬段之間的不相容性會導致相分離,但是由於其嵌段在化學結構上是相連的,所以呈現微相分離的相結構。
(5-4-2) 性能
- (a) TPAE具有一般橡塑彈性體的基本特性,並保持PA基本性能和強韌性,因此具有拉伸強度高、彈性恢復性好、低溫抗衝擊強度高、耐低溫性優異性能,且易加工。
- (b) TPAE密度為1.00~1.10g/cm3,邵氏硬度為A55~A90不等,熱變形溫度為48~92℃;抗張強度為33~55MPa,伸長率390%~580%;具有優秀的柔軟性、消音性和耐紫外光的性能;耐油性、翹曲性、耐疲勞性、耐磨性及耐化學藥品性優良;在較低的溫度下,仍保持較高的彈性。
- (d) TPAE密度小,可使製品輕量化,可與其它高聚物組成合金,可以與增強材料、填充料、阻燃劑等複合化。
(5-4-3) 應用
尼龍彈性體具有超輕質、高強度、柔韌、耐久、高回彈、高抗沖、耐低溫、透氣、永久抗靜電等特性,其被廣泛應用於運動鞋、體育用品、消費電子產品、防水服飾、醫療等領域。
(5-5) 熱塑性聚烯烴類彈性體 (TPO)
熱塑性聚烯烴彈性體 (Thermoplastic Polyolefin Elastomer,簡稱TPO),是指由橡膠和聚烯烴構成,常橡膠組分為EPDM、丁腈橡膠(NBR)或丁基橡膠,聚烯烴組分主要為PP、PE或EVA,當前發展最快的是EPDM/PP熱塑性彈性體。
(5-5-1) 結構
TBD
(5-5-2) 性能
- (a) TPO能耐紫外線和臭氧。為了進一步增強TPO耐紫外線輻射性能,材料配方中還可以添加合適的紫外線吸收劑。
- (b) 耐溫性能範圍廣泛,可達-60℃—135℃。
- (c) TPO材料手感細膩,優異的耐老化性,耐酸、鹼、醇類溶劑化學品腐蝕。
- (d) 密度小(0.95),表面霧面(啞光)程度好,具有一般TPE/TPR材料達不到的效果。
- (e) 環保、高抗耐磨性能。
(5-5-3) 應用
- (a) TPO汽車內外飾配件,TPO在汽車內外飾配件中的應用領域十分廣泛,並成功取代了多種傳統材料,如金屬、工程塑料,包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚碳酸酯(PC)/ABS等。在汽車外裝件中“硬質”TPO,主要用於保險杠、散熱器、底盤、車身外板、車輪護罩、活動車頂及其他保護膠條、擋風膠條等;在內飾件中“軟質”TPO,主要用於儀錶板和內飾板蒙皮、安全氣囊外皮層材料等。優質的TPO材料能有效減輕汽車的重量、提高汽車的安全性、改善汽車的耐久性和減少汽車玻璃霧化,同時提升汽車廢棄後零部件材料的迴圈再生能力。
- (b) TPO防水卷材,TPO防水卷材因其優異的物理性能,直接外露使用具有超長的耐老化性能,該材料既具有橡膠的長期耐候性和耐久性,又具聚烯烴的可焊接性;且不含任何增塑劑和其他有害物質,屬於完全環保的防水卷材。隨著TPO防水卷材種類的增加,TPO防水卷材所應用的領域不斷擴大,從最初的單層屋面系統到上人屋面防水系統、地下防水系統、種植屋面防水系統、地下管廊防水系統、屋面維修系統、公共建築系統等。TPO在防水卷材領域佔有十分重要的地位。
- (c) TPO電線電纜,電線電纜產業是TPO重要領域之一。TPO可以製作耐候性、耐熱性要求高的絕緣層和護套以及電氣模壓件。
(5-6) 熱塑性硫化膠彈性體(TPV)
熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanizate,簡稱TPV)。TPV通常指的是PP+EPDM共混的聚烯烴合金熱塑性彈性體。TPV主要由二部分組成,一是塑膠作為連續相,二是橡膠作為分散相,通常橡膠需要與軟化油或增塑劑與之配合,硫化劑和一些輔助助劑也是必不可少的,另外為了降低成本或者提高某方面的性能,一些無機填料會被填加。
(5-6-1) 結構
- (a) 大量高度交聯的橡膠粒子呈分散相結構(圖11),粒徑為1~2μm,賦予TPV具有硫化橡膠的高彈性。
- (b) 少量塑膠相(如20%)包覆在交聯橡膠粒子周圍形成連續相,賦予TPV具有塑膠一樣的熱塑流動性和可反復加工性。
- (c) 交聯橡膠粒子內部成份複雜,包含交聯劑、填料 、增塑劑、防老劑、偶聯劑等。

(5-6-2) 性能
- (a) 兼具熱塑性塑膠加工便利性和熱固性橡膠的高彈性。
- (b) 比重小,可有效降低製品的單位成本,成本低,材料可反復回收利用,節約資源,保護了環境。
- (c) 持續回彈性好,力學性能優良:免硫化、低能耗、耐老化、耐臭氧、耐疲勞。
- (d) 使用溫度範圍廣-60℃~140°C,耐高、低溫性能優異。
- (e) 表面亞光細膩,手感爽滑,密封性好,壓縮永久變形小,耐候佳,低氣味,低揮發,適用於汽車內飾。
- (f) 耐油、耐溶劑材料顯著特性。
(5-6-3) 應用
- (a) 汽車部件,汽車各類密封條/密封件系列材料、高壓點火線、防塵罩、進氣管、通風管、緩衝器、方向盤包皮、檔泥板等。
- (b) 建築交通,動力部件密封條; 建築、 道路、橋樑伸縮縫; 供排水管密封件、水灌系統控制閥等。國際航運集裝箱密封條、 道路安全隔離設施、緩衝防撞部件。
- (c) 電子電器,電池殼、無線電話機外殼及變壓器外殼護套;耳機線外皮,耳機線接頭等; 電源插座、插頭、護套等。
- (d) 日用消費,家用電器內部使用的橡膠墊片或零件。
☆ 其他參考資料及文章
● 【雙色射出成型與雙色產品應用】(按圖超連結)
