热塑性弹性体剖析课件

第二节第二节 热塑性弹性体热塑性弹性体一、一、TPE概念及其分类概念及其分类1.TPE概念概念热热塑塑性性弹弹性性体体(Thermoplasticelastomer，缩写缩写TPE)是是指指这这样样一一类类高高分分子子材材料料：“在在常常温温下下显显示橡胶弹性、高温下又能塑化成型的材料示橡胶弹性、高温下又能塑化成型的材料”。234u在常温下它具有橡胶那样的在常温下它具有橡胶那样的弹性变形弹性变形性能；性能；u在在加加热热到到一一定定温温度度，它它又又具具有有热热塑塑性性塑塑料料那那样样的加工工艺性能；的加工工艺性能；u它它摆摆脱脱了了橡橡胶胶硫硫化化的的生生产产方方法法，而而用用热热塑塑性性塑塑料料的的成成型型加加工工方方法法(注注塑塑、挤挤出出、吹吹塑塑、发发泡泡等等)来生产弹性体零件。来生产弹性体零件。u在在这这类类高高分分子子材材料料身身上上将将橡橡胶胶和和塑塑料料的的优优点点汇汇集于一体；集于一体；u加工方便、生产率高，废料可以回用。加工方便、生产率高，废料可以回用。52.热塑性弹性体主要包括以下几大类热塑性弹性体主要包括以下几大类:u聚氨酯类热塑性弹性体（聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）u聚苯乙烯类热塑性弹性体聚苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)u聚酯类热塑性弹性体聚酯类热塑性弹性体(TPEE)u聚烯烃类热塑性弹性体聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)u还可按交联类型分为物理交联型和化学交联型还可按交联类型分为物理交联型和化学交联型u也也可可按按结结构构特特点点，分分为为嵌嵌段段聚聚合合物物、接接技技聚聚合合物和其它类型等物和其它类型等67891011121314151617181920212223242526272829303132333435二、二、TPE的结构特征、性能的结构特征、性能u整整个个高高分分子子链链的的一一部部或或全全部部是是由由具具有有橡橡胶胶弹弹性性的的链链段段所所组组成成，这这一一部部分分被被叫叫做做“橡橡胶胶段段”或或“软段软段”；u在在低低温温下下，又又有有使使大大分分子子链链之之间间形形成成网网状状结结构构，从从而而约约束束大大分分子子的的某某种种成成分分存存在在,这这些些约约束束成成分分则被称为则被称为“塑料段塑料段”或或“硬段硬段”；u这这些些“硬硬段段”起起着着分分子子间间化化学学或或物物理理的的交交联联作作用和补强效应；用和补强效应；u“硬硬段段”聚聚集集起起来来形形成成的的交交联联范范围围，称称为为物物理理交联交联区域。区域。36聚硅聚硅氧烷氧烷嵌段嵌段共聚共聚物结物结构图构图371.热塑性弹性体的特征热塑性弹性体的特征在在高高温温下下，这这些些分分散散相相或或约约束束成成分分又又会会在在热热的的作作用用下下丧丧失失能能力力，聚聚合合物物经经熔熔化化或或熔熔融融呈呈现塑性，这种化学或物理交联性质的现塑性，这种化学或物理交联性质的可逆性可逆性：u即即在在高高温温下下失失去去约约束束大大分分子子组组成成的的能能力力，呈呈现塑性；现塑性；u降降至至常常温温时时，这这些些“交交联联”又又恢恢复复，而而起起类类似硫化橡胶交联点的作用。似硫化橡胶交联点的作用。38由由于于这这种种聚聚合合物物链链结结构构特特点点和和交交联联状状态态的的可可逆性逆性：u一一方方面面在在常常温温下下显显示示硫硫化化胶胶的的弹弹性性、强强度度和和形形变变特特性性等等物物理理机机械械性性能能，可可替替代代一一般般硫硫化化胶胶制制造某些橡胶制品；造某些橡胶制品；u另另一一方方面面，在在高高温温下下硬硬段段会会软软化化或或熔熔化化，在在加加压压下下呈呈现现塑塑性性流流动动，显显现现热热塑塑性性塑塑料料的的加加工工特特性性。392.热塑性弹性体的与一般橡胶体的区别在热塑性弹性体的与一般橡胶体的区别在:不不需需要要硫硫化化即即可可加加工工，这这就就使使橡橡胶胶工工业业可可从从繁繁重重的的体体力力劳劳动动中中得得到到解解脱脱，节节省省了了能能量量，减减少少了了设设备备投投资资，人人力力投投入入等等，尽尽管管它它的的原原材材料料较较贵贵，综合起来，它的生产成本仍有所降低。综合起来，它的生产成本仍有所降低。40三、三、TPE的配方、加工和应用的配方、加工和应用414243441.应用领域应用领域:u胶胶鞋鞋、粘粘合合剂剂、汽汽车车零零部部件件、电电线线电电缆缆、胶胶管管、涂涂料料、挤挤出出制制品品、掺掺合合剂剂等等等等方方面面的的大大量使用量使用;u在在橡橡胶胶制制品品方方面面除除了了不不适适于于制制造造充充气气轮轮胎胎外外，非非胎胎制制品品已已有有不不少少可可以以取取代代，如如汽汽车车部部件件、部分橡胶机械制品部分橡胶机械制品;u建建筑筑、电电绝绝缘缘、食食品品和和饮饮料料包包装装以以及及医医疗疗卫卫生等多方面的应用生等多方面的应用452.市场前景市场前景目目前前热热塑塑性性弹弹性性体体已已发发展展到到十十几几个个品品种种，已已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料;其其中中汽汽车车用用热热塑塑性性弹弹性性体体是是最最重重要要的的应应用用领领域域，占占到到三三分分之之一一，其其次次是是建建筑筑业业、医医用用和和日日用用生活制品。生活制品。46四、新型弹性体茂金属聚合物四、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及其性能茂茂金金属属催催化化剂剂活活性性高高，已已开开发发应应用用的的茂茂金金属属催化剂有三种基本结构：催化剂有三种基本结构：u即普通茂金属结构即普通茂金属结构u桥链茂金属结构桥链茂金属结构u限定几何构型茂金属结构限定几何构型茂金属结构472.茂金属聚合物茂金属聚合物茂茂金金属属是是指指由由过过渡渡金金属属(如如锆锆、钛钛、铪铪等等)与与环环戊戊二二烯烯(Cp)相相连连所所形形成成的的有有机机金金属属配配位位化化合合物物，以以这这类类有有机机金金属属配配位位化化合合物物合合成成的的高高分分子子材材料料称称为茂金属聚合物为茂金属聚合物与与传传统统催催化化剂剂相相比比，茂茂金金属属催催化化剂剂活活性性高高，还还具具有有单单活活性性中中心心反反应应优优势势、单单体体选选择择优优势势、立立体体选选择择优优势势,并并可可控控制制聚聚合合物物中中乙乙烯烯基基的的不不饱饱和和度度等突出特点。等突出特点。48已已成成功功地地合合成成出出了了一一系系列列新新型型材材料料,如如m-LDPE、m-LLDPE、m-ULDPE、m-HDPE、m-HMHDPE、m-iPP、m-sPP、m-sPS、m-COC(环环烯烯烃烃）、茂茂金金属属-烯烯烃烃共共聚聚物物和和热热塑塑性聚烯烃弹性体等。性聚烯烃弹性体等。493.茂茂金金属属聚聚合合物物的的加加工工性性能能、茂茂金金属属聚聚合合物物的的应应用用(1)m-PE 1991年年首首先先由由ExxonChem.Co.采采用用单单活活性性中中心心催催化化技技术术合合成成出出了了m-LLDPE产产物物，具具有有如如下下优优点：点：分分子子质质量量高高、分分子子质质量量分分布布窄窄、支支链链短短、支支链链少少、密密度度低低、纯纯度度高高、透透明明性性好好及及抗抗污污染染能能力力强。强。5051u没没有有晶晶点点，产产品品力力学学性性能能好好，表表现现为为强强度度高高、韧韧性性好好、耐耐穿穿刺刺能能力力好好，封封口口温温度度低低、热热封封温温度度范范围围宽宽，是是热热封封袋袋及及复复合合薄薄膜膜热热封封层层的的重要材料。重要材料。um-PE的的缺缺点点是是：加加工工性性能能较较差差，表表现现为为熔熔点点低低、熔熔融融速速度度快快、熔熔体体粘粘度度大大、熔熔体体强强度度差差，这是这是1995年以前第一代年以前第一代m-PE的主要缺点。的主要缺点。52u通通过过与与普普通通LDPE混混用用，改改进进加加工工设设备备和和对对聚聚合合过过程程进进行行不不断断的的改改进进，基基本本上上解解决决了了m-PE加工困难的问题。加工困难的问题。u已已有有的的实实验验结结果果表表明明，采采用用混混用用方方式式简简单单有有效效，拓拓宽宽了了m-LLDPE分分子子质质量量分分布布窄窄、难难加加工工的的缺缺点点，也也弥弥补补了了传传统统聚聚乙乙烯烯膜膜材材料料物物理理力力学学性性能不足的缺欠。能不足的缺欠。53m-PE应用应用u肉肠薄膜u洗洁精包装u洗发精用膜、洗衣粉包装用膜54(2)m-PP 无无规规PP一一直直被被视视为为等等规规PP的的副副产产物物，直直到到1988年年用用茂茂金金属属催催化化剂剂才才制制得得了了高高收收率率的的m-PP产品。产品。m-PP较较普普通通齐齐格格勒勒-纳纳塔塔催催化化剂剂聚聚合合的的PP流流动性好、强度高、硬度大、耐热性好、熔点低。动性好、强度高、硬度大、耐热性好、熔点低。55家家用用器器皿皿、薄薄壁壁食食品品包包装装容容器器(杯杯子子、盖盖子子)、薄壁多媒体包装、薄壁多媒体包装(CD/DVD盒盒)等。等。56(3)m-sPSuPS有三种结构形式，即有三种结构形式，即aPS、sPS、iPS。uaPS热热变变形形温温度度低低、iPS脆脆性性大大；sPS中中苯苯环环交交替排列在分子链两侧。替排列在分子链两侧。usPS优优点点：产产品品熔熔点点高高，耐耐水水、热热、化化学学药药品品、溶剂溶剂(有机溶剂除外有机溶剂除外)；u密密度度小小、加加工工前前无无需需干干燥燥、抗抗水水解解能能力力强强，成成型性好；型性好；u具有与具有与PBT、PA、PPS类似的物理机械性能。类似的物理机械性能。u缺点：结晶速度慢、通过加入成核剂可以改进。缺点：结晶速度慢、通过加入成核剂可以改进。57m-sPS应用领域：应用领域：u电电 子子、电电 器器 工工 业业：替替 代代 PA、PET、PBT。汽汽车车工工业业：发发动动机机部部件件、保保险险杠杠、燃燃油油分分配配转转子等，替代子等，替代PA、PET、PBT。u食食品品包包装装：m-sPS耐耐湿湿性性、抗抗蒸蒸汽汽性性高高，用用于于微波炉托盘、器皿。微波炉托盘、器皿。u工工业业薄薄膜膜：m-sPS膜膜拉拉伸伸强强度度、透透明明性性类类似似BOPET，韧韧性性与与玻玻璃璃纸纸相相似似，耐耐酸酸、碱碱、热热水水及及低低吸吸湿湿膨膨胀胀性性、良良好好的的电电性性能能等等，优优于于BOPET，可制作像纸、电绝缘膜。，可制作像纸、电绝缘膜。58(4)m-E/S共聚物共聚物乙乙烯烯/苯苯乙乙烯烯相相容容性性较较差差，使使用用传传统统的的催催化化剂剂和和聚聚合合工工艺艺难难于于合合成成出出苯苯乙乙烯烯含含量量超超过过5%的的性能优良的性能优良的E/S共聚物。共聚物。采采用用茂茂金金属属催催化化体体系系合合成成的的m-E/S无无规规共共聚聚物物，其其E/S共共聚聚物物的的性性能能可可从从半半晶晶态态类类的的橡橡胶胶类类过渡到非晶态的热塑性塑料。过渡到非晶态的热塑性塑料。59m-E/S共聚物应用共聚物应用n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。n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。60