热塑性弹性体依化学组成分为五类

2019-08-31 17:15

熱塑性彈性體依化學組成分為五類:

苯乙烯系彈性體 (styrenic),TPS 聚烯烴系彈性體 (Olefinic),TPO

聚胺基甲酸酯系彈性體 (Urethane),TPU 聚酯系彈性體 (Ester),TPEE 聚蘊胺系彈性體 (Arnide),TPAE

TPS:

種類有 (1)SBS (2)S1S (3)SEBS (4)SEPS

SBS主要用途在鞋底材,SIS 用在接著劑。而 SEBS 及 SEPS 之用途最為廣泛。SBS, SIS 在加工安定性,耐氧化性,耐候性,以及使用溫度,都不及氫化的 SEBS, SEPS 優秀。 Tm在 100~110℃。

最高使用溫度由硬質 PS之 Tg(95~105℃)決定。 最低使用溫度由軟質相之 Tg決定。 PBD 之 Tg = - 85℃ PI 之 Tg = -70℃ EB 之 Tg = -60℃

所以使用溫度約 -70℃~100℃

硬度: 由低於 shore 40A ~55A,硬度 < 60A之 TPE 以此 TPS 最多。 比重: 0.9~1.1

特性: 耐水,耐極性液體。

不耐油,燃料,及非極性有機溶劑。

TPO:

有三類如下:

Compounded TPO

Compounded TPO,是最早期的 TPO,最常見的是 EPDM/PP, (另有 PVC/NBR 也歸類在此之內)

最高使用溫度由硬質 PP之 Tm (150~165℃) 決定。 最低使用溫度由軟質 EPDM 之 Tg (-60℃) 決定。 所以使用溫度約 -60~100℃ 硬度: 60A~75D

特性: 耐極性液,如水,水溶液,乙醇等。

不耐非極性,在碳氫化物,鹵碳化物中會膨潤。(PVC/NBR,對非極性較有耐性,

不會膨潤)

Olefinic TPV

最常見的 EA,其組成物中,橡膠有用 EPDM, NBR, NR,而塑膠則最常用 PP。 EA與 TPO 之差異:

EA 中,橡膠可能部分交連,也有完全交連,橡膠鏈彼此共價鍵結在一起。 EA 中,兩相之間似乎有一強作用力彼此結合著,但是此作用力會因熱而摧毀。 兩者之差異,使 EA 性能上較優,包括: 抗拉強度較強。 模數較高。

拉伸變形及壓縮變形較低。 在碳氫物中膨潤較小。

升高溫度時 (>800℃),性質之維持較佳。 抗疲勞性較佳。

熔融物中,相之安定性較佳。

EA 的拉力性質較傳統橡膠的拉力性質有方向性。一般來說,EA 與其他 TPE 一樣,最終拉力強度及伸長率很明顯的差異:垂直流動方向較高,而平行流動方向較低。尤其以射出成形加工之 非等向性更明顯。

EA在 100℃ 的拉力及模數為室溫 (25℃) 時之40~50%, TPO 在 100℃ 的拉力及模數為室溫 (25℃) 時之 15~25%,顯見 EA 二相間之合金效果及協合作用 (synergistic interaction)。相同硬度下,傳統橡膠的拉力較大,而TPE較低。但是此現象重要性不大,乃因為大部分彈性製品並非在拉力伸長極限時使用。 二相 EA 的機械性質相當優越,包括撕裂強度,拉伸變形,壓縮變形。又耐疲勞性相當優越,也比傳統橡膠優。

值得注意的是 EA 之壓縮變形及耐疲勞性同時優越,而傳統橡膠則二者僅可能有一者佳而已。

最常見之 EA: EPDM/PP, NBR/PP,NR/PPO EPDM/PP 的 EA,使用溫度範圍 -60~135℃。 NR/PP 的 EA,使用溫度範圍 -40~100℃。

溫度下限,以橡膠之 Tg 為參考指標,而溫度之上限,則以整體材料之高溫耐氧化劣解性為指標。 硬度: 35A~50D。 比重: 0.95~1.30。

特性: 耐水,水溶液及極性溶劑。對非極性有機物之耐性較差,性能降低次序: NBR/PP > EPDM/PP > NR/PP

EA 在非極性液中之膨潤一般來說小於同材質熱固性橡膠,例如: NBR/PP 之 EA 耐油性至少與同樣含量之 NBR 有一樣之耐油性。

EPDM/PP 之 EA 耐油性比 EPDM 熱固性橡膠優,與 Neoprene 有一樣之耐油性。 NR/PP 之 EA 耐油性經常比 NR 熱固性橡膠佳。

Reactor made TPO

此類 TPO 是最新的 TPO,主要是藉由聚合反應時採用新的觸媒一 Metallocene 觸媒技術發展出多種聚烯共聚物。

由於傳統聚烯類聚合反應都是以所謂的 Niegler-Natta觸媒做反應,

而 Metallocene 觸媒技術的發展,將取代傅統觸媒,造成了高分子聚合界很大的震撼,因此全球各大公司莫不花費鉅額投資金額朝此方向做競賽。更因為所聚合出的共聚物,有些有彈性體特性,更是使大公司朝向 Metallocene 技術發展做方向。 最先的 Reactor-made TPO由 Exxon 1984 年在美國的專利先存檔,之後許多公司也陸續發展出來。大體上,都先由Metallocene 觸媒來反

應 HDPE, LDPE, LLDPE, 例如 Exxon 的 Exceed 就是 m-LLDPE,之後又有 Exact,號稱 Plastomer。又如 Dow 的 Affinity 出來之後又有 Engage,號稱 POE (Poly-Olefin-Elastomer),都是 PE 系統的產物。

其他還有挪威的 Borealias,美國之 UCC, Ferro, BP Chemical, 另外還有 m-PP 的是 Hoechst/Exxon, Fina, BASF, Mitsui, Amoco m-PS 的是 Dow/Idemitsu。 主要結構之特點為 分子量分佈窄。 組成分佈窄。 主要物性之特點為 熔點降低。 模數降低。

清徹度(透明度)增加。 彈性增加。 比重降低。

TPU:

分為聚酯型 (polyester type) 及聚醚型 (polyether type),依軟質段的化學名稱命名。

硬質段影響 (1)硬度 (2)模數 (3)撕裂強度 (4)最高使用溫度。硬質段對軟質段之比例愈增加,上述之機械性質也隨之增加。 軟質段影響: (1)彈性 (2)最低使用溫度之脆化點。

聚酯軟質段較耐非極性液,以及較佳之撕裂強度、耐摩性、韌性。

聚醚軟質段較耐水解,水解安定性高。有較大反彈性,因滯後現象 (hysteresis) 低,熱堆積 (Heat build up) 也低。熱安定性,耐水解安定性均佳,主要就在於聚醚鏈段的關係。 硬度: 可低至 60A

硬度愈低,相對的 (1)拉力強度 (2)模數 (3)比重 (4)耐環境性,也隨之降低。 比重: 1.1~1.29

TPU 並沒有一般 TPE 低比重之優點,其比重與含碳黑傅統橡膠接近。

特性: TPU 耐摩耗性及摩擦係數低,是其他TPE無法比擬的。升高溫度時,由於劣解的關係,使晶態改變並且化學性分解。例如﹕l30~170℃,隨著溫度增高,性質及功能降低很少。但是 >170℃,隨著溫度增高,性質及功能降低很明顯。 TPU 本身之極性,使其耐非極性有機物相當優良。例如,耐油,燃料,油脂。耐一般脂肪族 (Aliphatic) 化物均相當優秀,而對芳香族 (Aromatic) 之耐性則稍減。 不耐極性有機物,

如 DMS (Dimethyl Sulphoxide), DMF (Dimethyl Formamide)。因為這類溶劑會侵蝕 TPU,是 TPU 很好之溶劑。TPU 與 TPEE 一樣耐水,耐水溶液,(但,除了在極高和極低的 pH 值例外)

聚酯型 TPU 與 TPEE 在耐水性,能力相當。 聚醚型TPU較聚酯型TPU及TPEE更為耐水解。 主要用途,取 TPU 之高耐摩性和低摩擦係數等特點。

TPEE:

被認為是工程塑膠級彈性體,也就是所謂軟的工程塑膠。乃因為其高強度,以及具有工程級功能之化學主鏈。

硬度: 30D (84A)以上,約在 40D~70D 比重: 1.13~1.25 使用溫度: -40~150℃

在升高溫度至 100~150℃時,機械性質之維持仍相當優越。

特性: TPEE 有很好之耐彎曲疲勞和耐蠕變形,不論在拉伸或壓縮二方面均佳。 在彈性範圍內(低變形), TPEE 反彈性相當好。由於低的滯後現象及低的熱堆積(heat build up),可應用在很快且重覆的彎曲功能上。

TPEE 耐許多液體,包括非極性的碳氫化物,及極性的有機物,水溶液等。但是,在強酸及強鹼中,由於主鏈上的聚酯鏈受侵蝕,性質會減弱。

若能排除或忍受 TPEE 高硬度,高模數,及怕強酸強鹼的本性,那麼 TPEE 是很好的 TPE 和軟的工程塑膠。

TPAE:

最高性能,成本也最高之TPE

軟質段,可能是聚酯 (polyester),聚醚 (polyether),聚醚酯 (polyether ester),是決定低溫特性和耐溶劑性的主要因素。 聚醚段,有較佳之低溫性質及耐水解性。 聚酯段,氧化安定性佳,耐溶劑。

使用溫度: -40~170℃,是所有TPE中使用溫度最高,使用溫度範圍最廣者。 硬度: 75A (中硬橡膠) → 65D (軟塑膠) 比重: 1.0~1.2

TPAE 比重高低情形: 聚酯型 > 聚醚酯型 > 聚醚型。

聚酯型,在 175℃,5天之老化測試,物性之維持相當不錯。但在潮濕的高溫中,因水解的關係,物性降低,此時可用聚醚型較耐水解,使物性保持。

TPAE 的整體性質,主要由硬質區決定,硬質段的耐溶劑性決定 TPAE 之耐溶劑性。因此,硬質段的比例增加,TPAE 之耐溶劑性增強,硬度和模數也增加。 特性: 大部分的 TPAE,耐碳氫化物,油,燃料,油脂,尤其是脂肪族。又耐水溶液,包括稀酸稀鹼。這些耐流體性質在室溫時都表現不錯,但隨著溫度上升,耐性稍減。

TPAE 之耐化學品及耐高溫 ( >135℃),使其成為矽橡膠,甚至氟橡膠之競爭對手。 TPEs Type → 比重 硬度(shore A/D) 柔軟性 機械強度 壓縮變形 低溫特性 高溫特性 耐候性 耐油性 耐沸

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0.95~1.10

0.89

1.13~1.26 1.12~1.19 0.89~0.92 1.22~1.32

TPS

TPO

TPU

TPEE

1.2PB

PVC

30A~70A 75A~65D 80A~60D 90A~70D 19D~55D 40A~70A

水性 射出成型 押出成型

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