2004 IKE 20-0

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PIKE-icon-IKE-20-50 Read document   塑膠物語: 什麼是熱塑性橡膠

Materials  │ Introduction  │ Basic  │
 TPE; TPR; elastomer;
PlasTerm   ..金關泰•張隱西

 
熱塑性橡膠 (thermoplastic elastomer﹐elastoplastics) 簡稱 TPE﹐又稱熱塑性彈性體﹐是一類在常溫下顯示橡膠彈性、受熱時具可塑性的高分子材料。它具有普通硫化膠的類似物性﹐但不需硫化﹐可與熱塑性樹脂一樣﹐用普通塑料加工方法成型﹐製品可回收再加工而不失其基本性能。這種新型材料的開發﹐給橡膠工業帶來重大革新。它打破了橡膠和塑料之間的傳統界限﹐在節能、省力和防止環境污 染方面﹐更具經濟和社會效益。然而﹐TPE 的耐熱性和機械強度、價格、變形等均不夠理想。近年來﹐除進行改性外﹐還不斷出現新品種。


沿革
最早的 TPE 是聚氨酯橡膠 (TPU)﹐1958 年由聯邦德國法本拜耳公司試製成功。1963 年﹐菲利浦石油公司首次生產了一種熱塑性聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)﹔接著﹐1965 年﹐美國殼牌化學公司除了生產 SBS 外﹐還增添了聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物 (SIS)。這兩種都是苯乙烯嵌段共聚物 (SBC) 型。70 年代初﹐由尤尼羅伊爾公司開發了熱塑性聚烯烴橡膠 (TPO)﹔聚酯型 TPE (CPE) 也由杜邦公司首次實現了商品化。至70年代中期﹐已開發了 20餘種類型﹐200 餘種產品﹐生產廠家在 100 個以上。70 年代末﹐世界TPE產量約為 220 kt﹐佔合成橡膠總產量的 3.6%﹐平均年增長率為 15%∼20%。預計至 1987 年﹐需求量將達 455 kt﹐佔合成橡膠的 5.6%。


分類
TPE 分子結構中都具有剛性鏈段 (硬段)和柔性鏈段(軟段)。前者主要影響產物的彈性、低溫性能以及硬度、撕裂強度、模量等﹔後者則由於分子鏈間的氫鍵和易於形成晶區而產生輕度化學交聯和物理交聯。它們在受熱或溶解時被破壞﹐聚合物產生塑性流動﹐但冷卻後又恢復原狀。不同類型的 TPE﹐其結構、性能、用途及生產方法均不同。

TPU 型
軟段是聚醚或聚酯﹐硬段是聚氨酯或聚所組成。是由過量的二異氰酸酯與雙端羥基的聚酯或聚醚﹐以及低分子量的擴鏈劑二元醇或二元胺反應而成。TPU 的最大特點是硬度高﹐富有彈性﹐耐磨性優異﹐具有良好的機械強度、耐油性、耐臭氧性和低溫性能﹔但耐老化性較差﹐尤其是在潮濕狀態下更為明顯﹐蓄熱性也較大。主要用於成型製品﹐如電線和電纜、薄膜及板材、塗料以及膠黏劑等。

SBC 型
主要有線型 SBS 和星型 (SB)nR 之分。硬段為 S﹐即塑料段﹔軟段為 B﹐即橡膠段。前者為“分散相”﹐後者為“連續相”。工業上的生產是採用單官能團有機鋰化合物為引發劑﹐在烴類溶劑中﹐經三步、兩步或偶聯法、兩步混合等方法加料。這種TPE具有良好的抗張強度、伸長率、回彈性、耐磨性、抗曲撓性和易加工性﹔但使用溫度低﹐不耐油﹐抗老化性差。其加氫產品 (S-EB-S) 的各項指標有所改善﹐故稱 SBS 的第二代橡膠。SBC 型主要用於製鞋、塑料改性、膠黏劑、汽車零部件等。

TPO 型
由二元或三元乙丙橡膠與熱塑性聚烯烴(如聚乙烯或聚丙烯)通過混煉而成。在某些場合下﹐也可能是乙丙橡膠與兩種熱塑性聚烯烴(如聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯)的三元混合物。其性能主要取決於乙丙橡膠的結晶度和兩種原料的混合配比。由於分子鏈中無雙鍵存在﹐所以熱穩定性及抗紫外線性能很好﹐耐無機酸、鹼、鹽以及有機物﹐低溫 柔性良好﹐且密度小﹐原料易得﹐生產簡便﹐成本低廉﹔但抗張強度低﹐耐磨及耐油性能不夠理想。TPO 型在非輪胎領域中有廣泛的用途﹐如用作塑料改性劑、汽車零件、電纜、電器零件、耐熱傳動帶、建築材料、體育器材、醫藥用品以及製鞋玩具等。

CPE 型
由兩種長短鏈酯結構組成的嵌段共聚物。硬段為結晶相﹐是低分子二元醇﹔軟段連續相為無定形﹐可由二元羧酸及其衍生物、長鏈可聚二元醇和低分子量二元醇經傳統的酯交換法合成。硬段聚酯熔點約 204℃。由於微晶的高熔融溫度﹐故其使用溫度範圍寬(-55∼150℃)﹐製品牢度、彈性、耐油及耐化學性都很好﹐但成本較高。CPE 型可製作管材、型材、小型輪胎、帶鋼嵌體的低溫履帶、球類、消防帶、電纜包皮、密封墊圈等。


參考書目
  • 金關泰等著﹕《熱塑性彈性體》﹐化學工業出版社﹐北京﹐1983。

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      更新期別: 2004IKE20-0. Date: 2004/5/30.
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