热塑性弹性体(TPE)的应用前景

Santoprene TPE的柔软触感及着色性为办公用品的设计及外观带来革命性的创新。（相片提供Photo Courtesy : AES）热塑性弹性体（TPE）的应用前景热塑性弹性体（TPE）兼具热塑性塑料的重复加工性和橡胶的高弹性等物理机械性能，同时又具有优异的回收再生性，作为一种全新的高分子材料市场迅速发展。尽管热塑性弹性体市场增速甚猛，但与传统的橡胶材料相比，用量仍非常有限。随着新型改性技术的不出现与材料性能的不断提高， 热塑性弹性体必将拥有更加广阔的市场空间。性能特点热塑性弹性体具有非常广泛的产品适应性。 由于热塑性弹性体特殊的分子结构的可调整性和可 控制性，表现出多种优异性能。物理性能良好的外观质感，触感温和；易着色，色调均一，稳定；物性可调，为产品设计提供广阔的创 意空间；力学性能可比硫化橡胶，但无须硫化交联；硬度范围宽广，自SHORE-A 0 度至SHORE-D 70 度可调；耐拉伸性能优异，抗张强度最高可达十几个 Mpa ，断裂伸长率最高可 达十倍以上；长期耐温可超过70 C,低温环境性能良好，在 -60 C下仍能保持良好的挠曲性；良好的电绝缘性及耐电压特性；突出的防滑性能，耐磨性和耐候性能等。化学性能耐一般化学品（水、酸、硷、醇类溶剂）；可在溶剂中加工，可短期浸泡于溶剂或油中；无毒 性；良好的抗紫外线辐射及抗氧化性能，可使用于户外环境；粘结性能好，选用合适的胶粘技 术可直接与真皮或人造皮革表面牢固粘合。生产加工无需硫化，即具有传统硫化橡胶之特性，节省硫化剂及促进剂等辅助原料；适合注塑成型、压铸成型、 热熔和溶解涂层等多种工艺； 边料、 馀料和废料等可完全回收再利用， 且不改变性能， 减少浪费； 简化加工工艺， 节约加工能耗与设备资源； 加工周期短， 降低生产成本， 提高工效； 加工设备及工艺简单，节省生产空间，降低不合格品率；产品无毒，无刺激性气味，对环境、 设备及人员无伤害；加工助剂和配合剂较少，可节省产品质量控制和检测费用；产品尺寸精度 高、质量更易控制；材料比重小，且可调；可直接与PP 、ABS 等多种塑料掺混而制成特种塑料合金。一般而言，热塑性弹性体具有优异的物理、化学性能且易于加工，同时，该产品还具有无毒、 无污染并可回收二次加工的环保优势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，广泛应用于 汽车配件（管、带、垫、板等）、建筑业、制鞋、医疗制品、密封制品、包装制品、电线电缆、 日常生活制品、玩具、运动器材、五金、电动工具、通讯、电子产品、家用电器、粘合剂及高 分子材料改性等。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。更重要的是，热塑性弹性体还是引领新产品设计和市场导向的优质材料。其柔软的质感和可调整的物性、硬度以及适宜多种加工工艺且具有环保性等优势，为产品设计师提供了巨大的发挥空间，这无疑对创新产品，提升产品价值，引领市场潮流提供了巨大的帮助。由于TPE优异的再利用性以及聚氯乙烯（PVC ）等面对越来越严重的环保问题，近来热塑性弹性体倍受关注，应用显着增长。例如，随着美国和欧洲汽车产量的增加，以及中国及亚太地区工业的迅速发展，TPE应用日益扩大。近年来增长强劲的动态硫化热塑性弹性体仃PV），在汽车制造业市场连续保持年均增长15%以上，作为软 PVC和橡胶的新型高性能材料替代品，具有成本和性能上的双重优势。英国AMI谘询公司最新报告预测了不同品种热塑性弹 性体在欧洲市场的发展前景。报告中称，至2008 年,欧洲热塑性弹性体（TPE ）市场需求将以年 4%的速度 继续增长。研究称，中/西欧地区2003年TPE市场已超 过40万t，预计2008年将达到50万t。SBS目前是需 求最大的热塑性弹性体，未来需求将不断下降。SEBS将作为一种特种聚合物使用，其需求将以年 6.5%增速 增长，不仅用于替代 SBS使用，还用于工业及日用等即使在湿滑的环境中，Santoprene TPE的手软接触面场合，以及用作防护用途的气囊盖板等。 柄仍具有卓越的止滑功能。（相片提供 PhotoCourtesy : AES)与热塑性弹性体迅速发展形成鲜明对比的是，橡胶和塑料的全球发展速度已渐渐进入停滞状态，目前橡胶和塑料的年增长率仅1%和2.4%。可以看出，热塑性弹性体的发展前景十分看好。汽车， TPE 最重要的市场汽车是热塑性弹性体最大的市场，广泛应用于汽车保险杠、仪表板、挡泥板、空气导管、 轴承、电缆护套、软管、挡风玻璃密封条、防护罩、防震座垫、管件等。三元乙丙橡胶 /聚丙烯（ EPDM/PP ）是较早应用于汽车领域的热塑性弹性体，具有优异的 耐候、耐臭氧、耐紫外线及良好的耐高温、抗冲击性能，其耐油和耐溶剂性能与通用型氯 丁橡胶不相上下，可以用普通热塑性塑料的加工设备进行加工，具有加工简便、成本低、 可连续生产并可回收利用等优点。目前汽车保险杠是 EPDM/PP 最具代表性的应用领域。 日本超过 80% 的汽车保险杠采用 EPDM/PP 制造。随着汽车技术不断进步，要求相关行业的配套技术越来越精密、复杂，扁形电线凭借其众 多的优点被广泛应用。 巴斯夫在北美市场推出一种挤出级 Elastollan 热塑性聚氨酯 （TPU ）， 用于生产汽车配线用扁形电缆（线） ，比标准的圆形电缆（线）轻便、节省空间，并且性 能和安全性有所提高。传统的圆形电线容易绞结，在汽车内可以被隐藏放置的空间（例如 内顶板）十分有限。而扁形电线可以插在先前被认为不可能放置的地方，如外反射镜或车 身、车篷盖，为汽车设计留有更大馀地。采用巴斯夫 ElastollanTPU 挤出系列产品制造的 汽车扁形电线耐磨损、 抗弯曲和折迭， 抗化学反应和微生物反应以及温度骤变。 TPU 的热 绝缘性使其具有优异的防潮、耐长时高温、高湿条件，并且具备良好的电压强度。近期市场上还出现了多种替代传统 PVC 的汽车装饰用热塑性弹性体。尽管这些材料价格 较贵，但由于具有低雾化、外观更佳和回收方便的优点，业者对其前景表示看好。 AES 是世界领先的热塑性弹性体供应商，已有超过 20 年行业经验。 AES 作为各种高性能工程 TPV 的全球领先者，在 2005 “国际橡塑展”特别推出可着色 Santoprene 热塑性硫化胶 系列，能够显着提高汽车内部装饰水平，且可满足当今世界上最严格的低雾度要求，并可 有效降低新车异味。日本三井化学集团公司也在研制一种车用新型聚烯烃材料 Milastomer 热塑烯烃弹性 材料。 Milastomer 树脂结合了聚烯烃的低密度和硫化橡胶的低压缩变形，不仅可用于汽车气囊外罩和保险杠，还可用于密封垫片和挡泥板。包括奔驰、宝马、通用、福特和本田在 内的汽车制造商都采用了 Milastomer 树脂作为某些车型的内饰材料。改性应用为市场热点随着市场对产品要求不断提高， 以及其他材料领域新技术的不断推出， 热塑性弹性体作为 市场后来者，积极改进性能，提高产品技术含量也成为市场重要的热点之一。最近，日本利用原位反应在环氧树脂中直接制备反应性热塑性聚氨酯弹性体 (TPU) ，取得 了新的成果。据专家介绍，改性试验所用原料中多元醇为 PTMG-650 、 PTMG-1000 、 PTMG-2000 和 PTMG-3000 ，多异氰酸酯为 MDI ，环氧树脂为 Epikote828 。用 TPU 改性 环氧树脂后，环氧树脂用于钢 -钢粘接，其粘接性能、弯曲性能和韧性都有明显提高。纳米技术作为一种全新的技术， 正在不断改变着不同材料的性能。 纳米改性热塑性弹性体 也是市场研究的热点之一。 Basell 公司发展出 TPO 纳米复合材料，专供 GM 汽车公司用 于汽车外装饰件、保险杆与仪表板，其涂装性、模内涂色性、涂料接着性与涂装耐久性等 加工性能，均与未填充矿物性能相近。这种 TPO 纳米复合材料具有高模数与轻量化 (减轻 约 7%-21% 外观配件之重量 )，填充矿物量低于 5% 等特点，所以兼具低温韧性，适合取代 目前所用之较昂贵的工程塑料； 在加工方面因为有较宽广的加工温度区间， 所以可以缩短 成型时间 且成型 压力较 低，外 观缺陷 较少。 目前 Nanocor 公司也 已经与 PolyOne Corporation 缔结战略联盟，由 PolyOne Corporation 供应浓缩母料商品给厂商自行研发 PO 或 TPO 、 TPU 或 SEBS 或 EVA 等产品以供使用。热塑性弹性体作为一种优异的热塑性材料， 又兼具高弹性的特点， 在自身性能不断改进的 同时，也常常作为许多其他材料改性加工的重要添加材料。 例如汽车保险杠使用 EPDM/PP就是利用 EPDM 的弹性对 PP 进行改性，以获得优异的抗冲击性能。TPE之梦：轮胎应用近年来，TPE市场高速发展。新型弹性体材料，如热塑性弹性体高饱和丁月青橡胶在汽车上的应用已取得长足发展，其在汽车上用量已占汽车橡胶总消耗量的 20% - 50% （不包括轮 胎）。轮胎作为橡胶消费的主要产品，约占橡胶总消费量的55%。这几年，中国轮胎工业保持稳定高速增长，特别是子轮胎是TPE的目标应用市场之一。（相片提供 Photo Courtesy )午胎年递增率在 30%以上。轮胎作为橡胶最大的消费者，去卩 是热塑性弹性体最难进入的市场。如果热塑性弹性体能够完全 替代橡胶进入轮胎领域，无疑将为热塑性弹性体市场带来革命 性的变化。传统橡胶轮胎的不足轮胎在汽车各部件中占有十分重要的地位，对汽车的各项行驶性能影响极大。橡胶轮胎在使用过程中暴露出使用寿命短、耐磨性和抗撕裂强度较差等缺点，尤其是载重汽车轮胎，因负重能力有限，经常导致爆胎现象的发生。加之橡胶轮胎的生产设备投资费用很高，而且某些工序需采用手工操作，即使是很高级的成型设备，制造质量和每批产品的质量都不可能完全均匀一致。此外，橡胶轮胎在使用过程中会产生很多废料，报废后回收再利用难 度很大，容易造成环境污染。这些都成为人们研究开发新型轮胎用胶的主要动力。热塑性弹性体轮胎的试制事实上，对热塑性弹性体在轮胎领域的应用在20世纪60年代已经开始，并取得了一定的成果。在1974-1975年，美国空军飞行动力试验室曾与 Zedron公司合作，对浇注轮胎和活胎面 浇注轮胎在美国空军飞机上使用的可行性进行研究。据透露，该研究采用的材料是热塑性聚氨酯弹性体（杜邦公司制造，商品名为 Hytrel），胎体和胎圈均无补强层材料。动力试验表明：在6.00-6浇注轮胎、低断面 15 X 6.00-6浇注轮胎和6.00-6活胎面浇注轮胎等3种试验轮胎中，后者获得较好的结果。聚氨酯弹性体与橡胶相比具有更优异的耐磨性能、较高的抗撕裂强度和伸长率且硬度范围宽。此外它的吸振、减震效果好，负重容量非常大并具有极理想的耐油和耐其他化学药品性能。艾美莱泰公司是一家成立于 1995 年的技术开发公司，该公司在研制聚氨酯轮胎方面作了 不少努力。最近，艾美莱公司已经研制出一种特殊的聚氨酯材料，这种材料由多元醇、二 苯甲烷二异氰酸酯等成分组成。 经试验证明， 固特异公司利用这种材料试制的新一代聚氨 酯轮胎，安全性、均匀性和耐磨性均比橡胶轮胎好，而且不易产生胎面剥离和爆胎。尽管新型轮胎的研制已经开始，并取得了一定的成果，但是尚未能实现商品化。目前聚氨 酯轮胎研究中仍然存在一些要解决的问题， 如提高聚氨酯轮胎的牵引制动性能、 提高耐水 解性能、改进载重汽车轮胎的多次注射成型工艺等。在开发聚氨酯轮胎过程中，耐高温性 能是影响聚氨酯轮胎实用化的主要因素。 现在国外研制出由三聚异氰酸酯作原料制得的聚 氯酯弹性体耐高温性能非常好，通常可耐170 C的高温，最高可达 210 C,而且其他物理机械性能如撕裂强度、 耐磨性能等都有所提高， 因此聚氨酯的耐高温性能已经基本得到解 决。据固特异公司称， 真正实现聚氨酯轮胎的商业化生产可能还需要几年的努力，但通过持续的开发研究，聚氨酯轮胎的前景无疑是美好的。聚氨酯轮胎的研制开发使我们有理由相信， 随着材料性能的不断改善与提高， 其他热塑性 弹性体同样可能成为轮胎用原料的选择。完全替代橡胶的可能性与机会目前来看， TPE 完全取代橡胶还存在着巨大的障碍。橡胶加工商因为高转换成本而不愿 意在热塑性弹性体处理技术上进行投资，并且不相信 TPE 优于传统橡胶。而且，这些加 工商在很多传统市场上都与原始设备制造商保持有长期的合作伙伴关系，这就提高了 TPE 制造商进军价值 12.7 亿欧元的橡胶市场的门槛。 原始设备制造商在整个价值链中是 最具影响力的参与者， 他们在产品使用的原料上具有最终的发言权。 只有当原始设备制造 商发现主要成本优势或营销优势时，原材料使用的重大转变才会发生。Frost & Sullivan 研究分析师 David Platt 表示：“尽管 TPE 制造商正在慢慢克服市场发展 的障碍，他们仍必须提高意识，并告诉终端用户用 TPE 代替传统橡胶而获得的总的系统成本和营销优势。