热塑性弹性体全解

第二节热塑性弹性体2一、TPE概念及其分类1.TPE概念热塑性弹性体(Thermoplasticelastomer，缩写TPE)是指这样一类高分子材料：“在常温下显示橡胶弹性、高温下又能塑化成型的材料”。345在常温下它具有橡胶那样的弹性变形性能；在加热到一定温度，它又具有热塑性塑料那样的加工工艺性能；它摆脱了橡胶硫化的生产方法，而用热塑性塑料的成型加工方法(注塑、挤出、吹塑、发泡等)来生产弹性体零件。在这类高分子材料身上将橡胶和塑料的优点汇集于一体；加工方便、生产率高，废料可以回用。62.热塑性弹性体主要包括以下几大类:聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）聚苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)聚酯类热塑性弹性体(TPEE)聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)还可按交联类型分为物理交联型和化学交联型也可按结构特点，分为嵌段聚合物、接技聚合物和其它类型等789101112131415161718192021222324252627282930313233343536二、TPE的结构特征、性能整个高分子链的一部或全部是由具有橡胶弹性的链段所组成，这一部分被叫做“橡胶段”或“软段”；在低温下，又有使大分子链之间形成网状结构，从而约束大分子的某种成分存在,这些约束成分则被称为“塑料段”或“硬段”；这些“硬段”起着分子间化学或物理的交联作用和补强效应；“硬段”聚集起来形成的交联范围，称为物理交联区域。37聚硅氧烷嵌段共聚物结构图381.热塑性弹性体的特征在高温下，这些分散相或约束成分又会在热的作用下丧失能力，聚合物经熔化或熔融呈现塑性，这种化学或物理交联性质的可逆性：即在高温下失去约束大分子组成的能力，呈现塑性；降至常温时，这些“交联”又恢复，而起类似硫化橡胶交联点的作用。39由于这种聚合物链结构特点和交联状态的可逆性：一方面在常温下显示硫化胶的弹性、强度和形变特性等物理机械性能，可替代一般硫化胶制造某些橡胶制品；另一方面，在高温下硬段会软化或熔化，在加压下呈现塑性流动，显现热塑性塑料的加工特性。402.热塑性弹性体的与一般橡胶体的区别在:不需要硫化即可加工，这就使橡胶工业可从繁重的体力劳动中得到解脱，节省了能量，减少了设备投资，人力投入等，尽管它的原材料较贵，综合起来，它的生产成本仍有所降低。41三、TPE的配方、加工和应用424344451.应用领域:胶鞋、粘合剂、汽车零部件、电线电缆、胶管、涂料、挤出制品、掺合剂等等方面的大量使用;在橡胶制品方面除了不适于制造充气轮胎外，非胎制品已有不少可以取代，如汽车部件、部分橡胶机械制品;建筑、电绝缘、食品和饮料包装以及医疗卫生等多方面的应用462.市场前景目前热塑性弹性体已发展到十几个品种，已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料;其中汽车用热塑性弹性体是最重要的应用领域，占到三分之一，其次是建筑业、医用和日用生活制品。47四、新型弹性体－茂金属聚合物1.茂金属催化剂及其性能茂金属催化剂活性高，已开发应用的茂金属催化剂有三种基本结构：即普通茂金属结构桥链茂金属结构限定几何构型茂金属结构482.茂金属聚合物茂金属是指由过渡金属(如锆、钛、铪等)与环戊二烯(Cp)相连所形成的有机金属配位化合物，以这类有机金属配位化合物合成的高分子材料称为茂金属聚合物与传统催化剂相比，茂金属催化剂活性高，还具有单活性中心反应优势、单体选择优势、立体选择优势,并可控制聚合物中乙烯基的不饱和度等突出特点。49已成功地合成出了一系列新型材料,如m-LDPE、m-LLDPE、m-ULDPE、m-HDPE、m-HMHDPE、m-iPP、m-sPP、m-sPS、m-COC(环烯烃）、茂金属α-烯烃共聚物和热塑性聚烯烃弹性体等。503.茂金属聚合物的加工性能、茂金属聚合物的应用(1)m-PE1991年首先由ExxonChem.Co.采用单活性中心催化技术合成出了m-LLDPE产物，具有如下优点：分子质量高、分子质量分布窄、支链短、支链少、密度低、纯度高、透明性好及抗污染能力强。5152没有晶点，产品力学性能好，表现为强度高、韧性好、耐穿刺能力好，封口温度低、热封温度范围宽，是热封袋及复合薄膜热封层的重要材料。m-PE的缺点是：加工性能较差，表现为熔点低、熔融速度快、熔体粘度大、熔体强度差，这是1995年以前第一代m-PE的主要缺点。53通过与普通LDPE混用，改进加工设备和对聚合过程进行不断的改进，基本上解决了m-PE加工困难的问题。已有的实验结果表明，采用混用方式简单有效，拓宽了m-LLDPE分子质量分布窄、难加工的缺点，也弥补了传统聚乙烯膜材料物理力学性能不足的缺欠。54m-PE应用肉肠薄膜洗洁精包装洗发精用膜、洗衣粉包装用膜55(2)m-PP无规PP一直被视为等规PP的副产物，直到1988年用茂金属催化剂才制得了高收率的m-PP产品。m-PP较普通齐格勒-纳塔催化剂聚合的PP流动性好、强度高、硬度大、耐热性好、熔点低。56家用器皿、薄壁食品包装容器(杯子、盖子)、薄壁多媒体包装(CD/DVD盒)等。57(3)m-sPSPS有三种结构形式，即aPS、sPS、iPS。aPS热变形温度低、iPS脆性大；sPS中苯环交替排列在分子链两侧。sPS优点：产品熔点高，耐水、热、化学药品、溶剂(有机溶剂除外)；密度小、加工前无需干燥、抗水解能力强，成型性好；具有与PBT、PA、PPS类似的物理机械性能。缺点：结晶速度慢、通过加入成核剂可以改进。58m-sPS应用领域：电子、电器工业：替代PA、PET、PBT。汽车工业：发动机部件、保险杠、燃油分配转子等，替代PA、PET、PBT。食品包装：m-sPS耐湿性、抗蒸汽性高，用于微波炉托盘、器皿。工业薄膜：m-sPS膜拉伸强度、透明性类似BOPET，韧性与玻璃纸相似，耐酸、碱、热水及低吸湿膨胀性、良好的电性能等，优于BOPET，可制作像纸、电绝缘膜。59(4)m-E/S共聚物乙烯/苯乙烯相容性较差，使用传统的催化剂和聚合工艺难于合成出苯乙烯含量超过5%的性能优良的E/S共聚物。采用茂金属催化体系合成的m-E/S无规共聚物，其E/S共聚物的性能可从半晶态类的橡胶类过渡到非晶态的热塑性塑料。60m-E/S共聚物应用当苯乙烯含量小于50%时为半晶质，具有合成橡胶的性能，优良的抗低温性（-40度）、耐擦伤性和弹性，主要用于铺路、房顶沥青的改性和PE及PS的改性剂。当苯乙烯含量大于50%时为非晶质，用于汽车密封垫圈和窗用封条，压延板、薄膜、注塑和吹塑模塑件。