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1、第二节 热塑性弹性体,2,一、TPE概念及其分类,1.TPE概念 热塑性弹性体(Thermoplasticelastomer，缩写TPE) 是指这样一类高分子材料：“在常温下显示橡胶弹性、高温下又能塑化成型的材料”。,3,4,5,在常温下它具有橡胶那样的弹性变形性能； 在加热到一定温度，它又具有热塑性塑料那样的加工工艺性能； 它摆脱了橡胶硫化的生产方法，而用热塑性塑料的成型加工方法(注塑、挤出、吹塑、发泡等)来生产弹性体零件。 在这类高分子材料身上将橡胶和塑料的优点汇集于一体； 加工方便、生产率高，废料可以回用。,6,2.热塑性弹性体主要包括以下几大类: 聚氨酯类热塑性弹性体（TPU） 聚苯乙
2、烯类热塑性弹性体(TPS) 聚酯类热塑性弹性体(TPEE) 聚烯烃类热塑性弹性体(TPO) 还可按交联类型分为物理交联型和化学交联型 也可按结构特点，分为嵌段聚合物、接技聚合物和其它类型等,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,二、TPE的结构特征、性能,整个高分子链的一部或全部是由具有橡胶弹性的链段所组成，这一部分被叫做“橡胶段”或“软段”； 在低温下，又有使大分子链之间形成网状结构，从而约束大分子的某种成分存在,这些约束成分则被称为“塑料段”或“硬段”；
3、这些“硬段”起着分子间化学或物理的交联作用和补强效应； “硬段”聚集起来形成的交联范围，称为物理交联区域。,37,聚硅氧烷嵌段共聚物结构图,38,1.热塑性弹性体的特征,在高温下，这些分散相或约束成分又会在热的作用下丧失能力，聚合物经熔化或熔融呈现塑性，这种化学或物理交联性质的可逆性：,即在高温下失去约束大分子组成的能力，呈现塑性； 降至常温时，这些“交联”又恢复，而起类似硫化橡胶交联点的作用。,39,由于这种聚合物链结构特点和交联状态的可逆性：,一方面在常温下显示硫化胶的弹性、强度和形变特性等物理机械性能，可替代一般硫化胶制造某些橡胶制品； 另一方面，在高温下硬段会软化或熔化，在加压下呈现塑
4、性流动，显现热塑性塑料的加工特性。,40,2.热塑性弹性体的与一般橡胶体的区别在: 不需要硫化即可加工，这就使橡胶工业可从繁重的体力劳动中得到解脱，节省了能量，减少了设备投资，人力投入等，尽管它的原材料较贵，综合起来，它的生产成本仍有所降低。,41,三、TPE的配方、加工和应用,42,43,44,45,1.应用领域: 胶鞋、粘合剂、汽车零部件、电线电缆、胶管、涂料、挤出制品、掺合剂等等方面的大量使用; 在橡胶制品方面除了不适于制造充气轮胎外，非胎制品已有不少可以取代，如汽车部件、部分橡胶机械制品; 建筑、电绝缘、食品和饮料包装以及医疗卫生等多方面的应用,46,2.市场前景,目前热塑性弹性体已发
5、展到十几个品种，已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料; 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。,47,四、新型弹性体茂金属聚合物,1.茂金属催化剂及其性能 茂金属催化剂活性高，已开发应用的茂金属催化剂有三种基本结构： 即普通茂金属结构 桥链茂金属结构 限定几何构型茂金属结构,48,2.茂金属聚合物 茂金属是指由过渡金属(如锆、钛、铪等)与环戊二烯(Cp)相连所形成的有机金属配位化合物，以这类有机金属配位化合物合成的高分子材料称为茂金属聚合物 与传统催化剂相比，茂金属催化剂活性高，还具有单活性中心反应优势、单体选择优势、立体选择优势,并可控制聚合
6、物中乙烯基的不饱和度等突出特点。,49,已成功地合成出了一系列新型材料,如m-LDPE、m-LLDPE、m-ULDPE、m-HDPE、m-HMHDPE、m-iPP、m-sPP、m-sPS、m-COC(环烯烃）、茂金属-烯烃共聚物和热塑性聚烯烃弹性体等。,50,3.茂金属聚合物的加工性能、茂金属聚合物的应用,(1)m-PE 1991年首先由ExxonChem.Co.采用单活性中心催化技术合成出了m-LLDPE产物，具有如下优点： 分子质量高、分子质量分布窄、支链短、支链少、密度低、纯度高、透明性好及抗污染能力强。,51,52,没有晶点，产品力学性能好，表现为强度高、韧性好、耐穿刺能力好，封口温度
7、低、热封温度范围宽，是热封袋及复合薄膜热封层的重要材料。 m-PE的缺点是：加工性能较差，表现为熔点低、熔融速度快、熔体粘度大、熔体强度差，这是1995年以前第一代m-PE的主要缺点。,53,通过与普通LDPE混用，改进加工设备和对聚合过程进行不断的改进，基本上解决了m-PE加工困难的问题。 已有的实验结果表明，采用混用方式简单有效，拓宽了m-LLDPE分子质量分布窄、难加工的缺点，也弥补了传统聚乙烯膜材料物理力学性能不足的缺欠。,54,m-PE应用,肉肠薄膜 洗洁精包装 洗发精用膜、洗衣粉包装用膜,55,(2)m-PP 无规PP一直被视为等规PP的副产物，直到1988年用茂金属催化剂才制得了
8、高收率的m-PP产品。 m-PP较普通齐格勒-纳塔催化剂聚合的PP流动性好、强度高、硬度大、耐热性好、熔点低。,56,家用器皿、薄壁食品包装容器(杯子、盖子)、薄壁多媒体包装(CD/DVD盒)等。,57,(3)m-sPS PS有三种结构形式，即aPS、sPS、iPS。 aPS热变形温度低、iPS脆性大；sPS中苯环交替排列在分子链两侧。 sPS优点：产品熔点高，耐水、热、化学药品、溶剂(有机溶剂除外)； 密度小、加工前无需干燥、抗水解能力强，成型性好； 具有与PBT、PA、PPS类似的物理机械性能。 缺点：结晶速度慢、通过加入成核剂可以改进。,58,m-sPS应用领域： 电子、电器工业：替代P
9、A、PET、PBT。 汽车工业：发动机部件、保险杠、燃油分配转子等，替代PA、PET、PBT。 食品包装：m-sPS耐湿性、抗蒸汽性高，用于微波炉托盘、器皿。 工业薄膜：m-sPS膜拉伸强度、透明性类似BOPET，韧性与玻璃纸相似，耐酸、碱、热水及低吸湿膨胀性、良好的电性能等，优于BOPET，可制作像纸、电绝缘膜。,59,(4)m-E/S共聚物 乙烯/苯乙烯相容性较差，使用传统的催化剂和聚合工艺难于合成出苯乙烯含量超过5%的性能优良的E/S共聚物。 采用茂金属催化体系合成的m-E/S无规共聚物，其E/S共聚物的性能可从半晶态类的橡胶类过渡到非晶态的热塑性塑料。,60,m-E/S共聚物应用,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。 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。,
