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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。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，因為其成分可以變化以適應(yīng)最終的構(gòu)造目標。

嵌段共聚物很有趣，因為它們可以“微相分離”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，域通常比后者更穩(wěn)定。該點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，并且可以進行經(jīng)濟的質(zhì)量控制。TPE需要很少或不需要復(fù)合，無需添加增強劑、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為它們可以像塑料一樣模塑、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。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。熱塑性有機硅和烯烴混合物用于擠出玻璃滑道和動態(tài)擋風雨條汽車型材。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，因為與常規(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、通風和空調(diào)（HVAC）行業(yè)經(jīng)歷了增長成各種蓋子、風扇和外殼。TPE還可用于醫(yī)療設(shè)備、電纜護套和內(nèi)絕緣、性玩具和一些耳機電纜。

不僅用于工業(yè)用途，還用于運動鞋和背包等消費品。您可以在許多運動和戶外品牌產(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（全球回收標準）收集和再生泡沫織物廠廢料，因為每次生產(chǎn)運行總是有20%的廢料。