热可塑性弹性体橡胶 TPE.pdf

熱可塑性彈性體 Thermoplastic elastomer 一、 熱塑性彈性體（TPE）的定義 熱塑性彈性體（thermoplastic elastomer，簡稱：TPE）是指在常溫下具有硫化橡膠的性質（即彈性體的 性質），在高溫下又可以塑化變形之高分子材料。它可以用塑膠的加工機器如注塑成型、擠出成型、吹塑 成型、壓延成型、T-Die 押出成型等, 較傳統硫化橡膠更為快速的加工方式製造成品，且有質輕（密度低）、 環保（可回收、燃燒無毒）、使用壽命長（可較傳統橡膠達 5~10 倍以上）、加工變化度大、製品總成本低 等優點。在各行業中，逐漸被廣泛使用。TPE 有時候也被稱作熱塑性橡膠（Thermoplastic Rubber，TPR）， 但由其定義而言，應稱為 TPE 較適當。 TPE 是彈性體，具有加硫橡膠的性質，但卻不需要加硫。此外 TPE 並具有許多介於橡膠與塑膠中間的特徵。 二、 橡膠與塑膠的基本性質 TPE 為同時具有橡膠（或彈性體）與塑膠之性質的材料，故以下先對橡膠、塑膠的基本性質做一簡介。包 括橡膠（或彈性體）及塑膠的高分子材料，其代表性的物理性質，可由應力-應變的特性看出。鋼鐵是伸長 率（應變）很小的材料，其應力-應變性質如 1 所示，是可恢復原狀的完全彈性體。而粘土則是完全的塑性 體，為完全無法回復。至於高分子物質則兼具彈性體與塑性體的性質，為粘彈性體的行為，但橡膠（或彈 性體）較塑膠更接近于完全彈性體。由於多數塑膠為粘彈性體，要具體描述熱塑性彈性體與一般塑膠的區 別並不容易，較大的差異為熱塑性彈性體在常溫下具有高伸長率、高回彈率、低壓縮永久變形率、及低脆 化溫度等特性。另一最大區別是分子結構的差異，由於 TPE 具有加硫橡膠的性質，表示 TPE 必定由橡膠成 分（即軟質段，soft segment）與塑膠成分（即硬質段，hard segment）所構成，軟質段具有彈性，而硬 質段則在常溫時發揮架橋點一般的作用，可防止塑性變形。但當溫度上升時，硬質段的塑膠成分會熔融， 失去作為架橋點的作用，而成為可塑性變形，如同塑膠般加工時成型。 三、 TPE 材料的種類： TPE 的種類很多。如上所述，TPE 含有硬質段及軟質段，分類的方法通常是以影響最大的主鏈分子構造的差 異來分幾大類，再以軟質段、硬質段之分子固定方式之不同細分。可形成軟質段的分子包括以下的橡膠： 聚丁二烯（BR）、聚異戊二烯（IR）、天然橡膠（NR）、乙烯-丙烯橡膠（EPDM）、丁基橡膠（IIR）、聚 異丁烯、聚乙烯-聚丁烯、非結晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。 另一方面，形成硬質段的分子可使用以下塑膠：聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、間規聚合 1,2 聚丁二烯、反 式 1,4 聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯胺等。 TPE 的另一種分類法，為依巨觀構造的差異，分為純 TPE 及混摻 TPE。純 TPE 是指一個分子鏈中，既有軟質 段與硬質段的共價結合，在經聚合或縮聚合而成之高分子聚合物；混摻型 TPE 則是將作為軟質段的橡膠成 分， 與作為硬質段的塑膠成分，二者混摻製成，以苯乙烯系及氯系 TPE 為主流，用途逐漸擴大。 1.TPU（熱塑性聚氨酯） TPU 主要由(1)短鏈二醇與異氰酸酯反應所得 PU 作硬質段，長鏈二醇與異氰酸酯反應所得 PU 作軟質段，二 者構成直鏈狀多嵌段的共聚物即為 TPU。TPU 主要依其軟質段之聚醇分兩大系列：聚醚系及聚酯系，然後可 內細分為 PTMG、PEG（polyoxyethylene glycol）、PPG（polyoxypropylene glycol）、ADP（Adipic ester 系）、PCL（caprolacton 系）、PC（polycarbonate 系）等，TPU 中軟質段的差異，對物性所形成的影響 如下： 抗拉強度 聚酯系 聚醚系 撕裂強度 聚酯系 聚醚系耐 磨耗性 聚酯系 聚醚系 耐藥品性 聚酯系 聚醚系 耐菌性 聚酯系 聚醚系 密度 ADP PCL PTMG 低溫特性 PTMG PCL ADP 反發揮性 PTMG PCL ADP 耐水解性 PC PTMG PCL ADP 耐熱老化性 PC PCL ADP PTMG 耐油性 ADP PCL PTMG PU 的硬質段所用的二異氰酸酯亦有許多種，但適於 TPU 的硬質段則很少。最重要的二異氰酸酯則為 MDI 與 TDI。 TPU 在性能及加工上有以下主要特點： 優點： ＊耐磨耗性為各類 TPE 中最大的 ＊具高強度、高韌性、高透明的特性 ＊抗疲勞性、耐寒性、耐油性佳