TPE、TPEE、TPU、TPV等軟質(zhì)材料性能比較

TPEE

熱塑性聚酯彈性體簡(jiǎn)稱TPEE或COPE,是一類含有PBT(聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)聚酯硬段(結(jié)晶相)和脂肪族聚酯或聚醚(非晶相)軟段的線型嵌段共聚物;TPEE屬于高性能工程級(jí)彈性體,具有機(jī)械強(qiáng)度高、彈性好、抗沖擊、耐蠕變、耐寒、耐彎曲疲勞性、耐油、耐化學(xué)藥品和溶劑侵蝕等優(yōu)點(diǎn),具有良好的加工性,并可填充、增強(qiáng)及合金化改性,在汽車零部件、液壓軟管、電纜電線、電子電器、工業(yè)制品、文體用品、生物材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用;

TPEE的物理化學(xué)性能

1、力學(xué)性能

通過(guò)對(duì)軟硬段比例的調(diào)節(jié),TPEE的硬度可以從邵氏D32到D80變化,其彈性和強(qiáng)度介于橡膠和塑料之間;與其他熱塑性彈性體(TPE)相比,在低應(yīng)變條件下,TPEE模量比相同硬度的其他TPE高。當(dāng)以模量為重要的設(shè)計(jì)條件時(shí),用TPEE可縮小制品的橫截面積,減少材料用量;

2、拉伸強(qiáng)度

與聚氨酯彈性體(TPU)相比,TPEE壓縮模量與拉伸模量要高得多,用相同硬度的TPEE和TPU制作同一零件,前者可以承受更大的負(fù)載;在室溫以上,TPEE彎曲模量很高,適宜制作懸臂梁或扭矩型部件,特別適合制作高溫部件;TPEE低溫柔順性好,低溫缺口沖擊強(qiáng)度優(yōu)于其他TPE,耐磨耗性與TPU相當(dāng)。TPEE具有優(yōu)異的耐疲勞性能,與高彈性特點(diǎn)相結(jié)合,使該材料成為多次循環(huán)負(fù)載使用條件下的理想材料,適宜制作齒輪、膠輥、撓性聯(lián)軸節(jié)、皮帶等;

3、耐熱性能

TPEE具有優(yōu)異的耐熱性能,硬度越高,耐熱性越好;TPEE的使用溫度非常高,能適應(yīng)汽車生產(chǎn)線上的烘漆溫度(150~160℃),并且它在高溫下機(jī)械性能損失小;在120℃以上使用,TPEE拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于TPU,此外,TPEE還具有出色的耐低溫性能;TPEE脆點(diǎn)低于-70℃,并且硬度越低,耐寒性越好,大部分TPEE可在-40℃下長(zhǎng)期使用。由于在高、低溫時(shí)表現(xiàn)出的均衡性能,TPEE的工作溫度范圍非常寬,可在-70~200℃使用;

4、耐化學(xué)介質(zhì)性

TPEE具有極好的耐油性,在室溫下能耐大多數(shù)極性液體化學(xué)介質(zhì)(如酸、堿、胺及二醇類化合物),其耐化學(xué)品的能力隨其硬度的提高而提高。TPEE對(duì)大多數(shù)有機(jī)溶劑、燃料及氣體的抗溶脹性能和抗?jié)B透性能較好,對(duì)燃油滲透性僅為氯丁膠、氯磺化聚乙烯、丁腈膠等耐油橡膠的1/3-1/300;

5、耐候性、耐老化性

TPEE在水霧、臭氧、室外大氣等各種外界條件下,化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。象大多數(shù)熱塑性彈性體(TPE)一樣,在紫外光作用下會(huì)發(fā)生降解(310nm以下的紫外光是降解的一個(gè)主要因素),因此對(duì)于室外應(yīng)用或制品受陽(yáng)光照射的條件,配方中應(yīng)添加紫外光防護(hù)助劑,其中包括炭黑和各種顏料或其他屏蔽材料,酚類防老劑和苯并三唑型紫外光屏蔽劑并用,能夠有效地起到防紫外光老化;

6、高回彈性

將TPEE材料應(yīng)用到彈簧中,可使彈簧具有很長(zhǎng)的使用壽命,能夠幫助火車很平穩(wěn)地啟動(dòng)、加速、減速以及停止等。和金屬?gòu)椈伤煌氖?它不會(huì)生銹、也不會(huì)在自然環(huán)境條件下發(fā)生惡化、或者造成彈性破裂和損失等。而與橡膠材料相比,具有更大的重復(fù)使用性,還能保持很好的彈性。

7、加工成型性

TPEE具有優(yōu)良的熔融穩(wěn)定性和充分的熱塑性,故而具有良好的加工性,可采用各種熱塑性加工工藝進(jìn)行加工,如擠出、注射、吹塑、旋轉(zhuǎn)模塑及熔融澆鑄成型等;在低剪切速率下,TPEE熔體粘度對(duì)剪切速率不敏感,而在高剪切速率下,熔體粘度隨剪切速率升高而下降。由于TPEE熔體對(duì)溫度十分敏感,在10℃變化范圍內(nèi),其熔融粘度變化幾倍至幾十倍,因此成型時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制溫度。

TPU

聚氨脂熱塑性彈性體(TPU)又稱聚氨酯橡膠,屬于一類在分子鏈中含有較多氨基甲酸酯基團(tuán)(-NHCOO-)的彈性聚合物材料;它是由低聚制二異氰酸酯與帶有端羥基的聚醚或聚酯多元醇以及低分子量二元醇鏈增長(zhǎng)劑相互應(yīng)而制得。聚氨酯彈性體是一種嵌段聚合物,一般由多元醇的柔性長(zhǎng)鏈構(gòu)成軟段,以二異氰酸酯及擴(kuò)鏈劑構(gòu)成硬段。硬段與硬段互相交替排列有序,形成重復(fù)結(jié)構(gòu)結(jié)晶單元,賦予彈性體以高強(qiáng)度、剛性和搞熔點(diǎn)等性能;軟段則無(wú)序卷曲排列,形成無(wú)定型區(qū),給予彈性體以柔性、彈性、吸濕性和耐低溫性能。聚氨酯彈性體分子鏈中含大量有氨酯基團(tuán)和醚、酯及脲基團(tuán),以強(qiáng)有力的氫鍵結(jié)合而成。由眾多的醚和酯生成的配方可以得到性能很不相同的聚氨酯彈性體品種。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使聚氨酯彈性體具有優(yōu)異的耐磨性、韌性和高彈性,也很容易與其他聚合物具有相容性。

聚氨酯熱塑性彈性體的性能

1.TPU形成及組合多樣性、品種繁多,有混煉型、澆鑄型和熱塑型,化學(xué)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,而且性能各異,如聚酯型TPU的力學(xué)性能高、耐油性好,但耐水性較差;聚醚型TPU的耐低溫性及耐水性優(yōu)于聚酯型,但耐油性、力學(xué)性能卻比聚酯型差些。總的來(lái)說(shuō)均具有良好的物理綜合性能,其性能介于一般橡膠和熱塑性塑料之間。TPU一般分為混煉型、澆鑄型和熱塑型;

2.TPU是嵌段共聚物,硬段與軟段的組分比例決定TPU的性能。硬段對(duì)模量、硬度和撕裂強(qiáng)度有特殊的作用,而軟段則主要影響制品的彈性及低溫性能。TPU具有優(yōu)異的柔軟性和回彈性,可從很軟到很硬,從柔曲性很好到剛性很大,或者從能吸水分的親水型式到排斥水的憎水型,并在較寬的硬度范圍內(nèi)(邵氏A10-D75)保持較高的彈性,在相同硬度下比其他彈性體承載能力高;

3.TPU具有優(yōu)良的耐磨性,其耐磨性是天然橡膠的2-10倍;斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)600%~800%,比天然橡膠高出300%;

4.TPU的抗沖擊強(qiáng)度比較高,密度為1.14-1.22g/cm3.抗張強(qiáng)度30-65MPa,酯類TPU略高于醚類TPU;熱性能也較高,長(zhǎng)期使用溫度在-50-90℃的溫度下還表現(xiàn)出其良好的柔軟彈性;

5.TPU耐化學(xué)性、耐油性、耐輻射、耐氧性、耐臭氧性、耐疲勞性及抗振性良好,耐熱性也比較高,而模塑和加工成本低;

6.與金屬材料相比,TPU制品具有重量輕、噪音低、耐磨耗、加工費(fèi)用低及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn);與塑料相比,TPU具有不發(fā)脆、彈性記憶、耐磨等優(yōu)點(diǎn);與橡膠相比,TPU具有耐磨、耐切割、耐撕裂、高承載性、可灌封、可澆注、硬度范圍廣等優(yōu)點(diǎn);

7.TPU耐候比較差,在太陽(yáng)光下易發(fā)生老化降解,因此在加工中應(yīng)添加抗氧劑及光穩(wěn)定劑。

TPV

熱塑性硫化橡膠(英文為Thermoplastic Vulcanizate),簡(jiǎn)稱為TPV,熱塑性硫化橡膠的中文簡(jiǎn)稱為熱塑性橡膠(英文Thermoplastic Rubber),簡(jiǎn)稱為TPR,但這個(gè)名稱容易和其它種類的TPE相混淆在一起,因?yàn)橥ǔ崴苄詮椥泽w也被大家叫做熱塑性橡膠,尤其是苯乙烯類彈性體,目前至少在中國(guó)似乎”TPR”已經(jīng)成為它的專有名稱了,一提起TPR,就是指以SBS、SEBS等苯乙烯類彈性體為基料的熱塑性彈性體,這與苯乙烯類彈性體在民用以及終端消費(fèi)品領(lǐng)域中消耗量之大是分不開的。

熱塑性硫化橡膠的名稱如果再說(shuō)的詳細(xì)一點(diǎn),那應(yīng)該是熱塑性動(dòng)態(tài)硫化橡膠(英文為Thermoplastic Dyamic Vulcanizate),加了“動(dòng)態(tài)”2字是更具體說(shuō)明了生產(chǎn)這種熱塑性硫化橡膠的工藝—動(dòng)態(tài)硫化,這種工藝指在橡膠和熱塑性塑料熔融共混過(guò)程中使橡膠硫化,當(dāng)然在橡膠在硫化的同時(shí)也不斷與熱塑性塑料相混合,因此被硫化了的橡膠是作為分散相分布在熱塑性塑料連續(xù)相中。與之相對(duì)應(yīng)的熱塑性靜態(tài)硫化橡膠,就是指橡膠按傳統(tǒng)方法先硫化好,然后通過(guò)磨粉設(shè)備把硫化好的橡膠磨成粉,最后與熔融的熱塑性塑料共混,理論上這種方法也能制得性能優(yōu)良的TPV,但到目前為止,只是處于實(shí)驗(yàn)室階段。

組成:TPV主要由二部分組成,一是塑料,作為連續(xù)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(wú)機(jī)填料會(huì)被填加。

TPV具體性能

1.良好的彈性和耐壓縮變形性,耐環(huán)境、耐老化性相當(dāng)于三元乙丙橡膠,同時(shí)其耐油耐溶劑性能與通用型氯丁橡膠不相上下;

2.應(yīng)用溫度范圍廣(-60~150℃),軟硬度應(yīng)用范圍廣(25A~54D),易染色的優(yōu)點(diǎn)大大提高了制品設(shè)計(jì)的自由度;

3.優(yōu)良的加工性能:可用注射、擠出等熱塑性塑料的加工方法加工,高效、簡(jiǎn)單易行,無(wú)需增添設(shè)備,流動(dòng)性高、收縮率小;

4.綠色環(huán)保,可回收使用,且反復(fù)使用六次性能無(wú)明顯下降,符合歐盟環(huán)保要求;

5.比重輕(0.90-0.97),外觀質(zhì)量均勻,表面檔次高,手感好。

基于以上性能特點(diǎn), TPV在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域與傳統(tǒng)橡膠材料、其他TPE彈性體(包括TPR、SBS、SEBS、TPU等)材料或PVC等塑料材料相比,在綜合性能和綜合成本方面都具備一定的替代優(yōu)勢(shì),從而為制品企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新、提升產(chǎn)品附加值、提高競(jìng)爭(zhēng)力方面提供了新的選擇。

TPV的應(yīng)用場(chǎng)景

A、汽車安全氣囊展開門,國(guó)內(nèi)外已確認(rèn)Hytrel是目前最佳的材料;

B、液壓軟管:內(nèi)外層都用Hytrel,擠出機(jī)螺桿是漸變變流螺桿(Gradual transition screw),等螺距、高壓縮比(2.7/1~4/1);

C、工業(yè)車輪:耐磨、質(zhì)量輕;

D、撓性連軸節(jié):耐磨、高載荷和高扭矩下生熱小;

E、消防膠管內(nèi)層膠:耐水解、耐霉菌、抗疲勞性都優(yōu)良;

F、越野滑雪靴底:低溫屈撓性好、抗疲勞性佳;

G、汽車防塵罩……