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艾邦高分子开讲第一课:热塑性弹性体

艾邦高分子又将开课了,之前为大家编写了“通用塑料、工程塑料的简历”。今后,我们将从弹性体的产业链出发,从全局的角度来为大家系统地介绍弹性体:

从弹性体的定义、机理、分类、历史发展、TPE的主要应用领域、国内外主要原料生产企业、国内外主要TPE改性企业、TPE的产能与产量分布情况、TPE的主要法律法规、TPE的未来发展方向与预测等等。

让大家能如鸟瞰大地一样,清楚地看清弹性体的各个脉络,甚至细分到如血管般清晰。之后的一段时间,小编将一篇一篇给大家呈现,希望可以能让大家在短时间内掌握!

今天是热塑性弹性体的第一课!首先,就先给大家讲解一下,什么是热塑性弹性体?为什么它是热塑性弹性体?主要有种类?按照小编的理解,从哲学的角度来看,其实任何东西的本质都是一样的:从哪里来,到哪里去!下面就跟着小编一起来学习吧!


1.什么是热塑性弹性体?

热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer-TPE)亦称热塑性橡(ThermoplasticRubber-TPR)是一种兼具有橡胶和热塑性塑料特性。

在常温下显示橡胶的高弹性,高温下又能塑化成型的高分子材料,热塑性弹性体具有多种可能的结构,最根本的一条是需要有至少两个互相分散的聚合物相,在正常使用温度下,一相为流体(使温度高于它的 Tg─玻璃化温度),另一相为固体(使温度低于它的 Tg 或等于 Tg),并且两相之间存在相互作用。

图 1 热塑性弹性体就像图中小孩性能处于两者之间

通俗来讲,就是它就像是塑料和橡胶的后代,其“染色体”中不仅含有塑料的基因,还含有橡胶的基因。下面我们先来看看什么是橡胶和塑料,再来讨论什么是热塑性弹性体。

橡胶(Rubber):具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性,在很小 外力作用下能产生较大形变,除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物,它的玻璃化转变温度(T g)低,分子量往往很大,大于几十万。(更多的强调其弹性)

图 2 三元乙丙橡胶

塑胶原料根据定义来说:是一种以合成的或天然的高分子化合物,可任意捏成各种形状最后能保持形状不变的材料或可塑材料产品。(更多地看重其可塑性)

所以,作为塑料和橡胶的结合体,热塑性弹性体兼具二者的性能,就不难理解。其在常温下可以显示橡胶的弹性,在高温下又是能塑化成型的高分子材料,兼具了类似于橡胶的力学性能及使用性能、又能按照热塑性塑料进行加工和回收,它就像图中的小孩,成为塑料与橡胶连通的一座桥梁。

因此,从加工的角度来说,它是一种塑料;就性质而言,它又是一种橡胶。热塑性弹性体有许多优于热固性橡胶的特点。

2.热塑性弹性体的机理?

对于高分子聚合物而言,其弹性的成因:一是大分子链呈无规线团高度卷曲,分子间的作用力较弱,在外力的作用下容易变形;二是由于大分子之间存在着适量的交联点(包括物理交联和化学交联),致使在外力除去后物体能恢复原状……(就和弹簧一样)


图 2弹性体的机理

产生这个现象的主要原因是:热塑性弹性体(TPE)主要为嵌段或接枝共聚物,其高分子链结构的最大特点是它同时包含化学结构不同的“硬段”和“软段”

“硬段 ”的Tg和Tm较高,在大分子链中呈玻璃态或半结晶态 ,“软段”的Tg和Tm均较低 ,它赋予聚合物以柔韧性和可延伸性。

在室温下,低熔点的“软段”与高熔点的“硬段”是不相容的 ,从而导致微相分离。此外,硬段的结晶也促进了相分离 ,硬段分散于软段连续相中,硬段微区起着交联作用而防止了聚合物分子链的滑移和黏流。

由于这种交联本质上是物理交联,因而是热可逆的,即当温度高于硬段微区的Tg或Tm 时,硬段交联点被破坏,硬段微区变为流体而解离,软硬段之间发生相混合,聚合物能够流动,呈现出热塑性。

图3 嵌段共聚物TPE的熔融-凝固过程 

在冷却至常温状态软硬段之间不相容,又产生相分离 。受外力作用时, 柔性的软段 使聚合物易形变 ,而硬段的物理交联作用又使其恢复原状,使高聚物表现出类似橡胶的弹性特征 。这也就是通常可以见到的现象:硬链段相区具有可逆性——高温消失,低温再出现。

3.热塑性弹性体的分类

从 1938 年德国 Bayer 最早发现聚氨酯类 TPE,1963 年和 1965 年美国 Phillips 和 Shell开发出苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合物 TPE,到70年代美欧日各国开始批量生产烯烃类 TPE 以来,技术不断创新,新的TPE品种不断涌现,构成了当今 TPE 的庞大体系,按照分子结构来分,目前热塑性弹性体(TPE)可以分为 10 大类 30 多个品种,这主要包括:苯乙烯类弹性体、聚烯烃弹性体、聚酯类弹性体、聚氨酯类弹性体、聚酰胺类弹性体、二烯类弹性体、有机硅类弹性体、氯乙烯类弹性体、有机氟类、乙烯类等,丰富多样的种类使橡胶工业与塑料工业结合联姻大大向前迈进了一步。回复“TPE”、"SBS、SEBS“、”弹性体“等关键词,可以查询更多相关文章

图 4 弹性体粒子


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