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熱塑性彈性體（TPE），有時也稱為熱塑性橡膠，是一類共聚物或聚合物（通常是塑料和橡膠）的物理混合物，由具有熱塑性和彈性體特性的材料組成。雖然大多數(shù)彈性體是熱固性塑料，但相比之下，熱塑性塑料在制造中相對容易使用，例如通過注塑成型。熱塑性彈性體顯示出橡膠材料和塑料材料的典型優(yōu)勢。使用熱塑性彈性體的好處是能夠拉伸到適度的伸長率并恢復(fù)到接近原始形狀的能力，從而比其他材料具有更長的使用壽命和更好的物理范圍。熱固性彈性體和熱塑性彈性體之間的主要區(qū)別在于其結(jié)構(gòu)中的交聯(lián)鍵類型。事實(shí)上，交聯(lián)是賦予高彈性性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)因素。

類型

商業(yè)TPE有六類通用類別（名稱符合ISO18064）：

• 苯乙烯嵌段共聚物，TPS（TPE-s）

• 熱塑性聚烯烴彈性體

• 熱塑性硫化橡膠，TPV（TPE-v或TPV）

• 熱塑性聚氨酯，TPU（TPU）

• 熱塑性共聚酯，TPC（TPE-E）

• 熱塑性聚酰胺，TPA（TPE-A）

• 未分類的熱塑性彈性體，TPZ

來自嵌段共聚物組的TPE材料的例子包括CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Arnitel、Hytrel、Dryflex、Mediprene、Kraton、Pibiflex、Sofprene和Laprene。這些苯乙烯嵌段共聚物（TPE-s）中有CAWITON、THERMOLASTK、THERMOLASTM、Sofprene、Dryflex和Laprene。Laripur、Desmopan或Elastollan是熱塑性聚氨酯（TPU）的例子。Sarlink、Santoprene、Termoton、Solprene、THERMOLASTV、Vegaprene、或Forprene是TPV材料的例子。熱塑性烯烴彈性體（TPO）化合物的例子是For-TecE或Engage。Ninjaflex用于3D打印。

為了符合熱塑性彈性體的資格，材料必須具有以下三個基本特征：

• 拉伸到適度伸長的能力，并在消除應(yīng)力后恢復(fù)到接近其原始形狀的狀態(tài)

• 可在高溫下作為熔體加工

• 沒有明顯的蠕變

背景

當(dāng)熱塑性聚氨酯聚合物在1950年代問世時，TPE成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)。在1960年代，苯乙烯嵌段共聚物問世，在1970年代，各種TPE出現(xiàn)。TPE的全球使用量（1990年為680000噸/年）以每年約9%的速度增長。由于聚苯乙烯和聚丁二烯之間的不相容性，苯乙烯-丁二烯材料具有兩相微觀結(jié)構(gòu)塊，前者根據(jù)確切的成分分成球體或棒。由于聚苯乙烯含量低，該材料具有彈性，聚丁二烯的特性占主導(dǎo)地位。通常，它們提供比傳統(tǒng)交聯(lián)橡膠更廣泛的性能，因?yàn)槠涑煞挚梢宰兓赃m應(yīng)最終的構(gòu)造目標(biāo)。

嵌段共聚物很有趣，因?yàn)樗鼈兛梢浴拔⑾喾蛛x”以形成周期性納米結(jié)構(gòu)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）嵌段共聚物。這種聚合物被稱為Kraton，用于鞋底和粘合劑。由于微細(xì)結(jié)構(gòu)，需要透射電子顯微鏡（TEM）來檢查結(jié)構(gòu)。丁二烯基質(zhì)用四氧化鋨染色以在圖像中提供對比度。該材料是通過活性聚合制成的，因此塊體幾乎是單分散的，因此有助于形成非常規(guī)則的微觀結(jié)構(gòu)。由于大多數(shù)聚合物彼此不相容，形成嵌段聚合物通常會導(dǎo)致相分離，并且自從引入SBS嵌段聚合物以來，該原理已被廣泛采用，特別是在其中一種嵌段是高度結(jié)晶的情況下。不相容規(guī)則的一個例外是Noryl材料，其中聚苯乙烯和聚苯醚或PPO相互形成連續(xù)共混物。

其他TPE具有結(jié)晶域，其中一種嵌段與相鄰鏈中的其他嵌段共結(jié)晶，例如在共聚酯橡膠中，實(shí)現(xiàn)與SBS嵌段聚合物相同的效果。取決于嵌段長度，由于較高的晶體熔點(diǎn)，域通常比后者更穩(wěn)定。該點(diǎn)決定了材料成型所需的加工溫度，以及產(chǎn)品的最終使用溫度。這樣的材料包括Hytrel，一種聚酯-聚醚共聚物和Pebax，一種尼龍或聚酰胺-聚醚共聚物。

優(yōu)勢

根據(jù)環(huán)境的不同，TPE在廣泛的溫度范圍和非極性材料中具有出色的熱性能和材料穩(wěn)定性。TPE生產(chǎn)時消耗的能源更少，可以很容易地被大多數(shù)染料著色，并且可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的質(zhì)量控制。TPE需要很少或不需要復(fù)合，無需添加增強(qiáng)劑、穩(wěn)定劑或固化體系。因此，不存在重量和計量成分的批次間差異，從而提高了原材料和制成品的一致性。TPE材料具有可回收的潛力因?yàn)樗鼈兛梢韵袼芰弦粯幽Ｋ?、擠出和重復(fù)使用，但它們具有橡膠的典型彈性特性，由于它們的熱固性特性，它們是不可回收的。它們也可以被磨碎并用回收機(jī)器人變成3D打印燈絲。

處理

TPE最重要的兩種制造方法是擠出和注塑成型。TPE現(xiàn)在可以進(jìn)行3D打印，并且已被證明在使用分布式制造制造產(chǎn)品方面具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。很少使用壓縮成型，如果有的話。通過注塑成型制造非常快速且非常經(jīng)濟(jì)。通常用于傳統(tǒng)熱塑性塑料的擠出或注塑成型的設(shè)備和方法通常都適用于TPE。TPE還可以通過吹塑、熔融壓延、熱成型和熱焊接進(jìn)行加工。

應(yīng)用

TPE用于傳統(tǒng)彈性體無法提供產(chǎn)品所需物理性能范圍的地方。這些材料在汽車領(lǐng)域和家用電器領(lǐng)域有大量應(yīng)用。2014年，TPE的全球市場規(guī)模達(dá)到約167億美元。大約40%的TPE產(chǎn)品用于汽車制造。例如，共聚酯TPE用于雪地摩托軌道，其中剛度和耐磨性非常重要。熱塑性烯烴（TPO）越來越多地用作屋頂材料。TPE也廣泛用于導(dǎo)管尼龍嵌段共聚物為患者提供了一系列理想的柔軟度。熱塑性有機(jī)硅和烯烴混合物用于擠出玻璃滑道和動態(tài)擋風(fēng)雨條汽車型材。苯乙烯嵌段共聚物因其易于加工而用于鞋底，并廣泛用作粘合劑。

由于在對各種熱塑性基材進(jìn)行雙組分注塑成型方面具有無與倫比的能力，工程TPS材料還涵蓋了從汽車市場到消費(fèi)品和醫(yī)療產(chǎn)品的廣泛技術(shù)應(yīng)用。例如，柔軟的抓握表面、設(shè)計元素、背光開關(guān)和表面，以及密封件、墊圈或阻尼元件。TPE通常用于制造汽車性能應(yīng)用的懸架襯套，因?yàn)榕c常規(guī)橡膠襯套相比，它具有更大的抗變形能力。由于改性塑料樹脂的功能、成本效益和適應(yīng)性，熱塑性塑料在供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）行業(yè)經(jīng)歷了增長成各種蓋子、風(fēng)扇和外殼。TPE還可用于醫(yī)療設(shè)備、電纜護(hù)套和內(nèi)絕緣、性玩具和一些耳機(jī)電纜。

不僅用于工業(yè)用途，還用于運(yùn)動鞋和背包等消費(fèi)品。您可以在許多運(yùn)動和戶外品牌產(chǎn)品中看到基于TPE的材料“ARIAPRENE”。2021年，全新的TPE回收理念問世，稱為APTERRA，它是GRS（全球回收標(biāo)準(zhǔn)）收集和再生泡沫織物廠廢料，因?yàn)槊看紊a(chǎn)運(yùn)行總是有20%的廢料。