公司網站 http://www.tsrc.com.tw/
公司成立於中華民國六十二年十一月,主要產品為各種合成橡膠之製造及銷售。產品項目有苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)、聚丁二烯橡膠(BR)、熱可塑性橡膠(TPE)及應用材料(TPR)。
1.合成橡膠事業 Synthetic Rubber Business
(1)TAIPOLTM SBR 比天然膠更耐磨且易於加工
苯乙烯—丁二烯橡膠(SBR)性質上比天然膠更耐磨且易於加工,是汽車輪胎、鞋底、輸送帶、橡膠帶、戰車及拖引車履帶、運動器材、玩具等的主要原料。台橡於台灣高雄廠的SBR年產能100,000公噸,在大陸合資的SBR工廠—申華化學工業有限公司年產能原為100,000公噸,配合大陸市場成長,已擴產為170,000公噸。
(2)TAIPOLTM BR 具優異彈性、耐磨耗性及耐低溫特性
TAIPOLTM TPE聚丁二烯橡膠(BR) 具有優異的彈性、耐磨耗性及耐低溫特性。主要用途有高速輻射輪胎製造及高耐衝擊聚苯乙稀(HIPS)的改質。目前台橡台灣高雄BR廠年產能為54,000公噸,在泰國合資的BR工廠年產能為72,000公噸。於江蘇省南通市增設「台橡宇部(南通)化學工業有限公司」,將於2008年底加入BR合成橡膠新產能50,000公噸,並計劃於2011擴產至72,000公噸。
2.應用材料事業 Applied Materials Business
(1)TAIPOLTM TPE 高價值應用橡膠,挑戰新質地
TAIPLETM TPE熱可塑性橡膠是由苯乙烯與其他配合單體形成的嵌段式共聚合體(Styrenic Block Copolymer )簡稱SBC。台橡系列產品包括以丁二烯為配合單體的SBS和以異戊二烯為配合的SIS系列,以及SBS經過氫化後,生成具有更優異耐候性及功能之第二代產品SEBS。由於TPE兼具備塑膠與橡膠特性,被應用於高級鞋底、柏油改質、塑膠改質、黏著劑等。TPE更具有熱可塑性能、黏度低、容易互摻混等優點,作為建築和道路柏油、防水材料的改質劑,可改善柏油冬脆夏軟的缺點,增進負載性能。將少量TPE與聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等聚合物共混,可明顯提高塑料製品的抗衝擊強度,改善耐低溫性能,可應用於醫療器材、汽車零配件、運動器材、玩具及工業用產品。TPE與增黏樹脂相容性優異,經熔融共混後可製成俱備高黏著強度、符合環保需求之粘著劑,廣泛應用於自粘感壓膠帶、標籤與紙尿片等衛生用品。台橡同時具備SBS、SIS、SEBS三大系列產品,可同時滿足不同應用範圍的客戶需求。
(2)活粒T-BLENDTM TPE應用材料,舒適生活的一部份
活粒T-BLENDTM 是以SBS或SEBS為主的摻配應用材料,具備良好的觸感,可調整的物性和硬度,優良的耐候性、耐低溫性及熱可塑性,提供塑模產業更大量寬廣的應用,開發更多領域產品,如生活用品、超軟質凝膠,無鹵、耐燃低電壓電線產品,SEBS發泡材料、門窗及冰箱密封條、彈性薄膜等。活粒T-BLENDTM TPE應用材料在台灣高雄、上海松江、山東濟南設有生產基地,年產量達27,000公噸,並在台灣、華東、華北、華南四處設有行銷據點。
2008年第四季台橡台灣廠BR合約價預估調漲到每公噸4100美元,SBR合約價維持在每公噸3200美元,由於BR與 SBR供需缺口仍在,得維持價格在高檔。
在大陸申華廠方面,由於原料丁二稀現貨價維持每公噸3100美元高檔,但2008年8月起,大陸SBR現貨價已下滑,預估大陸獲利貢獻將下滑。
2007年投資大陸獲利貢獻約佔台橡總獲利的55%,目前台橡投資大陸金額約佔淨值12%,離40%上限仍有空間,但近期台橡積極於大陸往TPE與BR的擴廠,由於大陸合成橡膠供不應求,法令若鬆綁有利於台橡於大陸的發展。
2008年於大陸南通新增SEBS(熱塑性彈性體)產能及BR廠是大陸營收成長的新動力,其中SEBS主要應用於低煙、無鹵、耐燃的基材,主要訴求為取代PVC與相關鹵素材料,SEBS於2008年第三季開出,設定年產能2萬噸,2008年將銷售約5-6千噸;另外,南通BR將於2008年10月投料試車,年底一階段產能開出5萬噸,二階段開出7.2萬噸。實質獲利貢獻要到2009年。
目前有台灣廠每年50萬噸及大陸申華廠每年20 萬噸合成膠產能,BR將陸續擴增每年7.2 萬噸產能。
2009年產品營收比重,SBR佔40%、BR佔25%、TPE佔28%、其他產品佔7%,以銷售地區來看,國內主要供應正新、建大等輪胎廠商,外銷則以日本、大陸、東南亞、美國、歐洲為主,主要客戶為Bridgestone、Michelin等知名國際輪胎大廠。
2009年第三季丁二稀價格每公噸1492美元,漲幅61%,但SBR及BR第三季產品漲幅僅分別為35%與52%,產品售價無法反應原料成本漲幅。
在印度市場,與當地國營企業合資興建年產能12萬噸以上的SBR廠,以印度目前SBR全仰賴進口,且車市成長動能可期下,未來成長可期。
在俄羅斯市場,台橡輸出SBR生產技術,2009年底將認列第一筆權利金,自順利投產運作,將可就產出抽成。
2009年大陸SBR產出約74萬噸,需求約100萬噸,供需缺口26萬噸,2010年在平均產能利用率提升下,預估缺口將減少至11萬噸。
大陸BR今明兩年產出約為60萬噸及68萬噸,約與需求相當。
台橡將於第四季上調台灣及大陸SBR、BR季合約價分別為50%及35%。
2009年12月,公司決議於2010年與日本結盟伙伴丸紅合作,與印度國營事業、印度石油啟動SBR廠興建投資案,台橡持股30%、日本丸紅20%、印度石油50%,初期年產能12萬噸,將於2012年正式投產,此案為印度當地第一座SBR廠。
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2010年4月1日
關於塑膠的硬度

測量硬度最普遍採用的儀器稱為肖氏(又稱為邵爾)硬度計。用一個彈簧將一金屬壓頭壓入材料的表面,並測量它能穿入多深。該儀器測量的穿入深度為零至0.100英寸。若尺規上的讀數為零則意味著壓頭穿入了極限深度,而讀數為100則意味著穿入深度為零。
有各種不同硬度範圍的肖氏硬度計。使用最普遍的標度之一是肖氏A級標度,使用一種較鈍的壓頭和彈力中等的彈簧。當讀數超過90以上時,肖氏A級硬度計就變得不是很精確。對於較硬的材料,則使用肖氏D級硬度計,因為它有一個銳利的壓頭和彈力較強的彈簧,可穿入較深的深度。
當測量更硬的塑膠時,就使用壓頭更銳利和彈力更強的硬度計,例如洛氏硬度計。而在另一極端,則使用肖氏00級硬度計,以測量軟的凝膠和軟泡沫橡膠。
REF: http://www.matweb.com/reference/shore-hardness.asp
The hardness of plastics is most commonly measured by the Shore (Durometer) test or Rockwell hardness test. Both methods measure the resistance of plastics toward indentation and provide an empirical hardness value that doesn't necessarily correlate well to other properties or fundamental characteristics. Shore Hardness, using either the Shore A or Shore D scale, is the preferred method for rubbers/elastomers and is also commonly used for 'softer' plastics such as polyolefins, fluoropolymers, and vinyls. The Shore A scale is used for 'softer' rubbers while the Shore D scale is used for 'harder' ones. Many other Shore hardness scales, such as Shore O and Shore H hardness, exist but are only rarely encountered by most plastics engineers.
The Shore hardness is measured with an apparatus known as a Durometer and consequently is also known as 'Durometer hardness'. The hardness value is determined by the penetration of the Durometer indenter foot into the sample. Because of the resilience of rubbers and plastics, the indentation reading my change over time - so the indentation time is sometimes reported along with the hardness number.
YOUTUBE上面也有塑膠教學??!
IDES是一個厲害的網站,上面可以查到大部分你想要知道塑膠材料的基本資料。
但是剛剛在GOOGLE中發現,IDES還有YOUTUBE頻道,不由得"哇"了一聲...
做得很不錯,參考一下吧!
http://www.youtube.com/user/idestheplasticsweb
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TPE介紹 2
熱塑性彈性體(TPE)是什麼?
熱塑性彈性體(TPE)通常是彈性模數較低的彈性材料,在室溫條件下可被反復拉伸至原來長度的兩倍以上,並具有在應力消除後幾乎完全恢復至其原來長度的能力。具有這種特性的早期材料是熱固性橡膠,但許多可注射模塑的熱塑性彈性體(TPE)系列正在取代傳統的橡膠。除了以它們的基本形式使用之外,TPE還廣泛地用於剛性熱塑性塑膠的改性,通常是用於改進抗衝擊強度。對於板材和一般模塑級複合材料來說,這是相當普遍的。
TPE的種類
到1996年為止,六種主要的TPE可分為二大類:嵌段共聚物(苯乙烯類樹脂、共聚多酯、聚氨酯和聚醯胺),以及熱塑性彈性體摻混物及合金(熱塑性聚烯烴和熱塑性硫化橡膠)。
除這些TPE以外,還出現了兩種新技術。它們是茂金屬催化合成的聚烯烴塑性體與彈性體,以及反應成型的熱塑性聚烯烴彈性體。
傳統型TPE是所謂的兩相體系。從本質上來說,由硬的熱塑性塑膠所組成的一相,以機械或化學的方式與軟的彈性體所組成的另一相結合,所生成的TPE具有該兩相結合的性質。
傳統的TPE系列
苯乙烯類樹脂(S-TPE)
共聚多酯(COPE)
聚氨酯(TPU)
聚醯胺(PEBA)
聚烯烴摻混物(TPO)
聚烯烴合金(TPV)
TPE的新品種
反應成型的TPO (R-TPO)
聚烯烴塑性體(POP)
聚烯烴彈性體(POE)
這些新的聚烯烴塑性體(POP)和彈性體(POE),本質上是分子量非常低的線性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。作為聚合催化劑技術進步的產物,這些材料原先開發的目的是改進軟包裝薄膜的特性。近來,這些撓性較好的聚乙烯作為低成本的橡膠取代物,被用於某些對模塑製品的要求不怎麼苛刻的用途。這主要包括那些不會接觸極端的溫度、壓力、負載或應力環境的產品。在模塑製品方面,這些新材料被用於那些多多少少希望有一點撓性或觸覺感的場合。注意,它們並非是真正的彈性體。
TPE拉伸特性
拉伸特性是用來說明彈性體被拉伸時將如何表現的測試值。有幾種普遍採用的試驗,可顯示彈性體在最終用途環境裏將會如何表現。
斷裂抗拉強度
此測試值又稱為極限抗拉強度。在此試驗中,彈性體的試片被拉伸直至斷裂。拉斷此材料所需的力量也被同時測出。其單位通常是磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)。極限抗拉強度高的彈性體,與測試值較低的彈性體相比較不易拉斷。
抗撕裂強度
此測試值說明彈性體抵抗撕裂的性能如何。抗撕裂強度試驗與斷裂抗拉強度試驗基本相同,但試片一側有一V形缺口以作為擴展點。所測試材料被拉伸至完全撕裂,撕裂此試片的力量也被同時記錄。其單位通常是磅/英寸(psi)或千牛頓/米(kN/m)。
拉伸模數
在拉伸模數試驗中,彈性體被拉伸至各種不同的長度,其抵抗拉伸的力量也被分別測出。此測試值通常表示為彈性體相應于其長度與原始長度的各種不同百分比時的抗拉強度,例如在50%、100%或300%時的抗拉強度。彈性體對拉伸的抵抗力在開始時可能會很強,但隨著它的伸長而會變得較弱(稱為“頸縮”)。
斷裂伸長率
伸長率並非是衡量拉伸該材料是如何困難或如何容易,而只是衡量它在斷裂前能被拉伸多長。斷裂伸長率被表示為與其原始長度的百分比。某些軟的彈性體在斷裂前可被拉伸至其原始長度的1000%以上。軟的TPE彈性體的伸長率通常比硬的剛性材料高的多。
影響測試值的因素
試片的成型方法及熔體流動方向均會影響其拉伸特性測試值。因此,對於許多彈性體,在流動方向和橫斷方向這兩個方向的拉伸特性均要測量。
流動方向
如同彈性體的其他許多特性,拉伸特性會受到成型時聚合物分子取向的影響。因此,取決於拉伸是沿著聚合物成型時的流動方向進行,還是沿著橫斷方向進行,拉伸特性可能會有很大變化。
試片(擠壓成型相對於注射模塑)
某些試驗是用注射模塑的試片進行的,而另一些試驗則是用擠壓成型的試片進行的。由於不同類型的試片其測試值會有顯著差別,所以很重要的一點是,只能對同類型試片的測試值進行比較。
定義TPE的壓縮永久變形
壓縮永久變形值是材料在一定溫度下被壓縮至一定形狀,並維持一定時間後而發生永久性變形的量。
通常採用的ASTM測試方法(ASTM D395)要求使材料變形(壓縮)達25%並保持一定的時間。任其復原30分鐘後再測量此樣品。
*23 °C(室溫)
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*70 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*121 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*150 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
所得的測試值是材料樣品未能恢復到它原有高度的百分比。例如,40%壓縮永久變形表示,此熱塑性彈性體只恢復了被壓縮厚度的60%。100%壓縮永久變形則表示此熱塑性彈性體無絲毫恢復,也就是說,它保持了被壓縮的狀態。
往往壓縮永久變形易與蠕變相混淆。然而,壓縮永久變形是在某一恒定的應變條件下所發生變形的量,而蠕變則是在某一恒定應力條件下所發生變形的量。
TPE是否有適用溫度?
適用溫度這個術語,是用來大致地定義某種材料適合使用的最高溫度。
適用溫度取決於許多因素,包括性能要求、接觸時間長短、有無負荷存在,以及工件設計結構等。
某些常用的適用溫度測量方法為維卡軟化溫度、熱變形溫度(HDT)、美國安全檢測實驗室(UL)方法、半抗拉強度以及其他專有方法,因所在行業而異。
要求較高適用溫度的應用實例包括汽車、運輸、液壓軟管以及礦井電纜等。不要求較高適用溫度的應用實例則包括一般的室內用途,例如個人養護用品和廚房器皿上的手柄、電話筒連線以及玩具等。
硬度
在選擇熱塑性彈性體時,材料的相對軟度或硬度往往是首先要考慮的指標之一。硬度也與其他重要設計特性有關,例如拉伸模數和撓曲模數。由於各種不同的測量標度以及硬度與其他材料特性的關係,在討論硬度時可能會產生混淆。
硬度測量
測量橡膠硬度最普遍採用的儀器稱為肖氏(又稱為邵爾)硬度計。用一個彈簧將一金屬壓頭壓入材料的表面,並測量它能穿入多深。該儀器測量的穿入深度為零至0.100英寸。若尺規上的讀數為零則意味著壓頭穿入了極限深度,而讀數為100則意味著穿入深度為零。
有各種不同硬度範圍的肖氏硬度計。使用最普遍的標度之一是肖氏A級標度,使用一種較鈍的壓頭和彈力中等的彈簧。當讀數超過90以上時,肖氏A級硬度計就變得不是很精確。對於較硬的材料,則使用肖氏D級硬度計,因為它有一個銳利的壓頭和彈力較強的彈簧,可穿入較深的深度。
當測量更硬的塑膠時,就使用壓頭更銳利和彈力更強的硬度計,例如洛氏硬度計。而在另一極端,則使用肖氏00級硬度計,以測量軟的凝膠和軟泡沫橡膠。
大多數材料都能承受最初的壓力,但隨著時間的推移,因發生蠕變和鬆弛而會屈服。硬度計的讀數可以即時讀取,也可在某一段特定延遲時間之後讀取,通常是在5至10秒鐘之後讀取。即時讀數總會顯示出比延遲讀數較高(或較硬)的讀數。延遲讀數不僅對材料的硬度而且對其回彈性而言,均更有代表性。較弱、彈性較差的材料,比較強、較有彈性的材料更容易發生蠕變。
為了保證資料的有效性,需要有精確的測試步驟。為了獲得精確的讀數,必須得有一個表面很平整而且足夠厚的試件,以免結果受支撐表面的影響。通常所要求的厚度是0.200英寸,但變形較小的硬性材料,當厚度較薄時也能精確地測試。
硬度與其他特性的關係
硬度經常會與其他特性混淆,例如撓曲模數。儘管兩者都反映了產品在用戶手中的感覺,但撓曲模數代表對撓曲的抵抗能力,而硬度則代表對壓陷的抵抗能力。在某一特定的TPE系列中,這兩種特性是互相關聯的。一般而言,當硬度值增加時,撓曲模數也會增加。
此外,在同一TPE系列中,抗蠕變性與抗張強度也有直接關聯。這意味著較軟的TPE發生蠕變的程度將比較硬的材料高,但其抗張強度則較小。摩擦係數(COF)與硬度成反比關係。當TPE硬度增加時,摩擦係數通常會減小。
當比較各種不同系列的TPE時,除硬度以外還需要比較其他物理特性資料,以便作出正確的材料選擇。
法規術語
美國食品與藥物管理署(FDA)
在美國聯邦政府行政法規彙編第21篇第1章B節中,美國食品與藥物管理署詳細地規定了用於食品方面的各種聚合物和複合材料的允許標準。當一種產品被劃為“FDA級”材料時,那就說明其配方裏只使用經聯邦法規第21篇第170-199部分批准的材料。
全國衛生基金會(NSF)
全國衛生基金會是在公共衛生、安全和環境保護領域制訂標準、進行產品測試和提供認證服務的機構。NSF認證專案是經過美國國家標準學會(ANSI/RAB)、荷蘭鑒定委員會(RvA)和加拿大標準委員會(SCC)進行資格鑒定的。
試驗機構聯盟使得NSF的試驗在世界其他地區也被接受。試驗機構聯盟的某些成員包括Intertek試驗服務公司(ITS)、荷蘭的KIWA N.V.、加拿大的加拿大標準協會(CSA)和品質管制協會(QMI),以及日本煤氣用具檢查協會(JIA)等等。
要求NSF認證的典型應用領域有飲用水、水處理系統、餐館服務業,以及管道設施等。
美國藥典(USP)
美國藥典(USP)函蓋了與血液和體液相容及接觸的應用。USP試驗是為了提供聚合物容器材料在生物效應方面的資料。根據在專門的USP生物試驗中的表現,聚合物被分為六個等級。從第I至第VI級每遞增一級,就要求使用比前一級更多的萃取劑對聚合物進行進一步試驗。另外,還有一個遞增的萃取溫度範圍可供選擇,以進一步給該材料定性。
美國安全檢測實驗室(UL)
安全檢測實驗室是一個獨立的非盈利性產品安全和測試認證機構,其基地設在美國。常用的試驗有UL-94(分為HB、V0、V1或V2各種等級的垂直和水準的燃燒試驗)、VTM(薄膜燃燒試驗),以及VW(垂直線材燃燒試驗)。UL規格涵蓋的典型應用領域包括掌上型電子裝置、商用設備以及電器。
軍用技術規範(MIL)
某些美國軍事和非軍事方面的應用也許要求符合軍用技術規範。這些規範包括真菌培養、尺寸穩定性以及許多其他材料特性。在TPE領域,要求符合軍用技術規範的應用包括火箭操縱電纜、戰場專用軟線、地下電纜以及船舶與海岸間連接電纜等。
加拿大標準協會(CSA)
CSA是加拿大為某些方面的應用制訂性能標準和測試方法的主要標準機構。它是與美國的ASTM、UL、DOT、FDA以及MIL類似的機構。
熱塑性彈性體與熱固性彈性體的比較
彈性體通常分為兩大類:
熱塑性 & 熱固性
結構
熱塑性彈性體是這樣一類材料,當加熱時它們會軟化/熔化,而在冷卻時則會硬化,且可如此反復變化。大多數熱塑性塑膠都溶於特定的溶劑,並在一定程度上能燃燒。軟化/熔化的溫度隨聚合物的種類和品種而異。由於熱塑性塑膠對熱量和剪切力的敏感性,故處理時必須很小心,以避免材料的降解、分解或引燃。
大多數熱塑性塑膠的分子鏈可以被想像為獨立的、互相擰在一起的細線,就像義大利麵條一樣。當加熱時(例如模塑時),各分子鏈就開始滑動,形成塑性流動。當冷卻時,原子和分子鏈又重新牢固地纏在一起。當再加熱時,分子鏈就又開始滑動。熱塑性塑膠被加熱/冷卻的週期次數有實際的限度,超過該限度後其外觀和機械性能將受到影響。
熱固性彈性體在加工期間經歷了化學變化,永久性地變為不溶和不熔。正是這種化學交聯,造成了熱固性和熱塑性體系之間的主要區別。通過所謂硫化過程而達到其最終性質的天然橡膠和合成橡膠,例如膠乳、丁腈橡膠、混煉型聚氨酯、矽膠、丁基橡膠和氯丁橡膠,均是典型的熱固性彈性體。
當熱固性橡膠硫化或硬化時,毗鄰的分子之間將形成交聯,構成複雜、互相連接的網路。這些交聯鍵防止了各分子鏈的滑動,從而阻止加熱時的塑性流動。熱固性彈性體在交聯過程完成之後,如果過分地受熱,該聚合物將發生降解而不是熔化。這種情況與雞蛋的烹飪有些相似:進一步加熱並不能使雞蛋回到它的液體狀態,而只能使它燒焦。
與熱固性橡膠相比,TPE的優越性
設計靈活。
製造成本較低。
加工週期較短。
很少或不需要混煉。
邊角料可充分回收利用。
產品性質穩定。
可採用吹塑成型。
可採用熱成型。
能耗較低。
加工過程較簡單。
產品品質較易控制。
產品密度範圍較廣。
最終工件單件平均成本較低。
較有利於環保。
收縮性如何影響TPE?
當TPE從熔融狀態開始冷卻時,其分子會相互對齊,從而使模塑工件的總體尺寸發生收縮。雖然這種收縮通常只是在千分之幾英寸的範圍內,但卻能顯著地影響工件的模塑和脫模,以及成品工件的外觀。
如果收縮不均勻,一件本應是平整的工件可能會發生彎曲或翹曲。此外,在對允許誤差要求比較嚴格的應用中,出乎意料之外的收縮可能會影響某個零件與整體組裝件的匹配性。
由於這些原因,在生產過程中通常必須將收縮性考慮在內。
工件脫模
當工件含有型芯或鏤空部分時,隨著彈性體的收縮,它會緊緊地裹住模具的這些部位,使工件脫模變得很困難。模具設計、模具表面光潔度以及加工條件都能夠縮小這種影響,甚至使自動化脫模也成為可能。
模塑條件
模塑條件能顯著地影響收縮的程度和本質。若從高應力狀態很快地變為低應力狀態,收縮的程度將會增加。工件的迅速冷卻以及很高的注射速度或壓力,也能影響收縮性。
設計方面的考慮
考慮到收縮性,模具必須加工得比工件所需的尺寸稍大些。通常,實際收縮值只有等到具體工件成型時才能得知。因此,事先保守一些總是最好的。若有可能,可使用原型模具。
如同彈性體的各種其他性質,收縮性往往隨聚合物流動方向而異。澆口的位置將決定熔體流入模具的方向,從而也將決定收縮性的方向。再者,某些TPE比其他TPE更為各向異性,其意思就是也許會在某一方向收縮得比另一方向更多些。當設計模具時,這一因素必須要考慮在內。關於設計方面的考慮將如何影響收縮性的進一步資料,請與您的TPE供應商聯繫
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http://www.glstpes.com/chinese/resources_faqs.html#TPE
熱塑性彈性體(TPE)通常是彈性模數較低的彈性材料,在室溫條件下可被反復拉伸至原來長度的兩倍以上,並具有在應力消除後幾乎完全恢復至其原來長度的能力。具有這種特性的早期材料是熱固性橡膠,但許多可注射模塑的熱塑性彈性體(TPE)系列正在取代傳統的橡膠。除了以它們的基本形式使用之外,TPE還廣泛地用於剛性熱塑性塑膠的改性,通常是用於改進抗衝擊強度。對於板材和一般模塑級複合材料來說,這是相當普遍的。
TPE的種類
到1996年為止,六種主要的TPE可分為二大類:嵌段共聚物(苯乙烯類樹脂、共聚多酯、聚氨酯和聚醯胺),以及熱塑性彈性體摻混物及合金(熱塑性聚烯烴和熱塑性硫化橡膠)。
除這些TPE以外,還出現了兩種新技術。它們是茂金屬催化合成的聚烯烴塑性體與彈性體,以及反應成型的熱塑性聚烯烴彈性體。
傳統型TPE是所謂的兩相體系。從本質上來說,由硬的熱塑性塑膠所組成的一相,以機械或化學的方式與軟的彈性體所組成的另一相結合,所生成的TPE具有該兩相結合的性質。
傳統的TPE系列
苯乙烯類樹脂(S-TPE)
共聚多酯(COPE)
聚氨酯(TPU)
聚醯胺(PEBA)
聚烯烴摻混物(TPO)
聚烯烴合金(TPV)
TPE的新品種
反應成型的TPO (R-TPO)
聚烯烴塑性體(POP)
聚烯烴彈性體(POE)
這些新的聚烯烴塑性體(POP)和彈性體(POE),本質上是分子量非常低的線性低密度聚乙烯(VLMW-LLDPE)。作為聚合催化劑技術進步的產物,這些材料原先開發的目的是改進軟包裝薄膜的特性。近來,這些撓性較好的聚乙烯作為低成本的橡膠取代物,被用於某些對模塑製品的要求不怎麼苛刻的用途。這主要包括那些不會接觸極端的溫度、壓力、負載或應力環境的產品。在模塑製品方面,這些新材料被用於那些多多少少希望有一點撓性或觸覺感的場合。注意,它們並非是真正的彈性體。
TPE拉伸特性
拉伸特性是用來說明彈性體被拉伸時將如何表現的測試值。有幾種普遍採用的試驗,可顯示彈性體在最終用途環境裏將會如何表現。
斷裂抗拉強度
此測試值又稱為極限抗拉強度。在此試驗中,彈性體的試片被拉伸直至斷裂。拉斷此材料所需的力量也被同時測出。其單位通常是磅/平方英寸(psi)或兆帕(MPa)。極限抗拉強度高的彈性體,與測試值較低的彈性體相比較不易拉斷。
抗撕裂強度
此測試值說明彈性體抵抗撕裂的性能如何。抗撕裂強度試驗與斷裂抗拉強度試驗基本相同,但試片一側有一V形缺口以作為擴展點。所測試材料被拉伸至完全撕裂,撕裂此試片的力量也被同時記錄。其單位通常是磅/英寸(psi)或千牛頓/米(kN/m)。
拉伸模數
在拉伸模數試驗中,彈性體被拉伸至各種不同的長度,其抵抗拉伸的力量也被分別測出。此測試值通常表示為彈性體相應于其長度與原始長度的各種不同百分比時的抗拉強度,例如在50%、100%或300%時的抗拉強度。彈性體對拉伸的抵抗力在開始時可能會很強,但隨著它的伸長而會變得較弱(稱為“頸縮”)。
斷裂伸長率
伸長率並非是衡量拉伸該材料是如何困難或如何容易,而只是衡量它在斷裂前能被拉伸多長。斷裂伸長率被表示為與其原始長度的百分比。某些軟的彈性體在斷裂前可被拉伸至其原始長度的1000%以上。軟的TPE彈性體的伸長率通常比硬的剛性材料高的多。
影響測試值的因素
試片的成型方法及熔體流動方向均會影響其拉伸特性測試值。因此,對於許多彈性體,在流動方向和橫斷方向這兩個方向的拉伸特性均要測量。
流動方向
如同彈性體的其他許多特性,拉伸特性會受到成型時聚合物分子取向的影響。因此,取決於拉伸是沿著聚合物成型時的流動方向進行,還是沿著橫斷方向進行,拉伸特性可能會有很大變化。
試片(擠壓成型相對於注射模塑)
某些試驗是用注射模塑的試片進行的,而另一些試驗則是用擠壓成型的試片進行的。由於不同類型的試片其測試值會有顯著差別,所以很重要的一點是,只能對同類型試片的測試值進行比較。
定義TPE的壓縮永久變形
壓縮永久變形值是材料在一定溫度下被壓縮至一定形狀,並維持一定時間後而發生永久性變形的量。
通常採用的ASTM測試方法(ASTM D395)要求使材料變形(壓縮)達25%並保持一定的時間。任其復原30分鐘後再測量此樣品。
*23 °C(室溫)
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*70 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*121 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
*150 °C
22小時,70小時,168小時(1星期),1000小時(42天)。
所得的測試值是材料樣品未能恢復到它原有高度的百分比。例如,40%壓縮永久變形表示,此熱塑性彈性體只恢復了被壓縮厚度的60%。100%壓縮永久變形則表示此熱塑性彈性體無絲毫恢復,也就是說,它保持了被壓縮的狀態。
往往壓縮永久變形易與蠕變相混淆。然而,壓縮永久變形是在某一恒定的應變條件下所發生變形的量,而蠕變則是在某一恒定應力條件下所發生變形的量。
TPE是否有適用溫度?
適用溫度這個術語,是用來大致地定義某種材料適合使用的最高溫度。
適用溫度取決於許多因素,包括性能要求、接觸時間長短、有無負荷存在,以及工件設計結構等。
某些常用的適用溫度測量方法為維卡軟化溫度、熱變形溫度(HDT)、美國安全檢測實驗室(UL)方法、半抗拉強度以及其他專有方法,因所在行業而異。
要求較高適用溫度的應用實例包括汽車、運輸、液壓軟管以及礦井電纜等。不要求較高適用溫度的應用實例則包括一般的室內用途,例如個人養護用品和廚房器皿上的手柄、電話筒連線以及玩具等。
硬度
在選擇熱塑性彈性體時,材料的相對軟度或硬度往往是首先要考慮的指標之一。硬度也與其他重要設計特性有關,例如拉伸模數和撓曲模數。由於各種不同的測量標度以及硬度與其他材料特性的關係,在討論硬度時可能會產生混淆。
硬度測量
測量橡膠硬度最普遍採用的儀器稱為肖氏(又稱為邵爾)硬度計。用一個彈簧將一金屬壓頭壓入材料的表面,並測量它能穿入多深。該儀器測量的穿入深度為零至0.100英寸。若尺規上的讀數為零則意味著壓頭穿入了極限深度,而讀數為100則意味著穿入深度為零。
有各種不同硬度範圍的肖氏硬度計。使用最普遍的標度之一是肖氏A級標度,使用一種較鈍的壓頭和彈力中等的彈簧。當讀數超過90以上時,肖氏A級硬度計就變得不是很精確。對於較硬的材料,則使用肖氏D級硬度計,因為它有一個銳利的壓頭和彈力較強的彈簧,可穿入較深的深度。
當測量更硬的塑膠時,就使用壓頭更銳利和彈力更強的硬度計,例如洛氏硬度計。而在另一極端,則使用肖氏00級硬度計,以測量軟的凝膠和軟泡沫橡膠。
大多數材料都能承受最初的壓力,但隨著時間的推移,因發生蠕變和鬆弛而會屈服。硬度計的讀數可以即時讀取,也可在某一段特定延遲時間之後讀取,通常是在5至10秒鐘之後讀取。即時讀數總會顯示出比延遲讀數較高(或較硬)的讀數。延遲讀數不僅對材料的硬度而且對其回彈性而言,均更有代表性。較弱、彈性較差的材料,比較強、較有彈性的材料更容易發生蠕變。
為了保證資料的有效性,需要有精確的測試步驟。為了獲得精確的讀數,必須得有一個表面很平整而且足夠厚的試件,以免結果受支撐表面的影響。通常所要求的厚度是0.200英寸,但變形較小的硬性材料,當厚度較薄時也能精確地測試。
硬度與其他特性的關係
硬度經常會與其他特性混淆,例如撓曲模數。儘管兩者都反映了產品在用戶手中的感覺,但撓曲模數代表對撓曲的抵抗能力,而硬度則代表對壓陷的抵抗能力。在某一特定的TPE系列中,這兩種特性是互相關聯的。一般而言,當硬度值增加時,撓曲模數也會增加。
此外,在同一TPE系列中,抗蠕變性與抗張強度也有直接關聯。這意味著較軟的TPE發生蠕變的程度將比較硬的材料高,但其抗張強度則較小。摩擦係數(COF)與硬度成反比關係。當TPE硬度增加時,摩擦係數通常會減小。
當比較各種不同系列的TPE時,除硬度以外還需要比較其他物理特性資料,以便作出正確的材料選擇。
法規術語
美國食品與藥物管理署(FDA)
在美國聯邦政府行政法規彙編第21篇第1章B節中,美國食品與藥物管理署詳細地規定了用於食品方面的各種聚合物和複合材料的允許標準。當一種產品被劃為“FDA級”材料時,那就說明其配方裏只使用經聯邦法規第21篇第170-199部分批准的材料。
全國衛生基金會(NSF)
全國衛生基金會是在公共衛生、安全和環境保護領域制訂標準、進行產品測試和提供認證服務的機構。NSF認證專案是經過美國國家標準學會(ANSI/RAB)、荷蘭鑒定委員會(RvA)和加拿大標準委員會(SCC)進行資格鑒定的。
試驗機構聯盟使得NSF的試驗在世界其他地區也被接受。試驗機構聯盟的某些成員包括Intertek試驗服務公司(ITS)、荷蘭的KIWA N.V.、加拿大的加拿大標準協會(CSA)和品質管制協會(QMI),以及日本煤氣用具檢查協會(JIA)等等。
要求NSF認證的典型應用領域有飲用水、水處理系統、餐館服務業,以及管道設施等。
美國藥典(USP)
美國藥典(USP)函蓋了與血液和體液相容及接觸的應用。USP試驗是為了提供聚合物容器材料在生物效應方面的資料。根據在專門的USP生物試驗中的表現,聚合物被分為六個等級。從第I至第VI級每遞增一級,就要求使用比前一級更多的萃取劑對聚合物進行進一步試驗。另外,還有一個遞增的萃取溫度範圍可供選擇,以進一步給該材料定性。
美國安全檢測實驗室(UL)
安全檢測實驗室是一個獨立的非盈利性產品安全和測試認證機構,其基地設在美國。常用的試驗有UL-94(分為HB、V0、V1或V2各種等級的垂直和水準的燃燒試驗)、VTM(薄膜燃燒試驗),以及VW(垂直線材燃燒試驗)。UL規格涵蓋的典型應用領域包括掌上型電子裝置、商用設備以及電器。
軍用技術規範(MIL)
某些美國軍事和非軍事方面的應用也許要求符合軍用技術規範。這些規範包括真菌培養、尺寸穩定性以及許多其他材料特性。在TPE領域,要求符合軍用技術規範的應用包括火箭操縱電纜、戰場專用軟線、地下電纜以及船舶與海岸間連接電纜等。
加拿大標準協會(CSA)
CSA是加拿大為某些方面的應用制訂性能標準和測試方法的主要標準機構。它是與美國的ASTM、UL、DOT、FDA以及MIL類似的機構。
熱塑性彈性體與熱固性彈性體的比較
彈性體通常分為兩大類:
熱塑性 & 熱固性
結構
熱塑性彈性體是這樣一類材料,當加熱時它們會軟化/熔化,而在冷卻時則會硬化,且可如此反復變化。大多數熱塑性塑膠都溶於特定的溶劑,並在一定程度上能燃燒。軟化/熔化的溫度隨聚合物的種類和品種而異。由於熱塑性塑膠對熱量和剪切力的敏感性,故處理時必須很小心,以避免材料的降解、分解或引燃。
大多數熱塑性塑膠的分子鏈可以被想像為獨立的、互相擰在一起的細線,就像義大利麵條一樣。當加熱時(例如模塑時),各分子鏈就開始滑動,形成塑性流動。當冷卻時,原子和分子鏈又重新牢固地纏在一起。當再加熱時,分子鏈就又開始滑動。熱塑性塑膠被加熱/冷卻的週期次數有實際的限度,超過該限度後其外觀和機械性能將受到影響。
熱固性彈性體在加工期間經歷了化學變化,永久性地變為不溶和不熔。正是這種化學交聯,造成了熱固性和熱塑性體系之間的主要區別。通過所謂硫化過程而達到其最終性質的天然橡膠和合成橡膠,例如膠乳、丁腈橡膠、混煉型聚氨酯、矽膠、丁基橡膠和氯丁橡膠,均是典型的熱固性彈性體。
當熱固性橡膠硫化或硬化時,毗鄰的分子之間將形成交聯,構成複雜、互相連接的網路。這些交聯鍵防止了各分子鏈的滑動,從而阻止加熱時的塑性流動。熱固性彈性體在交聯過程完成之後,如果過分地受熱,該聚合物將發生降解而不是熔化。這種情況與雞蛋的烹飪有些相似:進一步加熱並不能使雞蛋回到它的液體狀態,而只能使它燒焦。
與熱固性橡膠相比,TPE的優越性
設計靈活。
製造成本較低。
加工週期較短。
很少或不需要混煉。
邊角料可充分回收利用。
產品性質穩定。
可採用吹塑成型。
可採用熱成型。
能耗較低。
加工過程較簡單。
產品品質較易控制。
產品密度範圍較廣。
最終工件單件平均成本較低。
較有利於環保。
收縮性如何影響TPE?
當TPE從熔融狀態開始冷卻時,其分子會相互對齊,從而使模塑工件的總體尺寸發生收縮。雖然這種收縮通常只是在千分之幾英寸的範圍內,但卻能顯著地影響工件的模塑和脫模,以及成品工件的外觀。
如果收縮不均勻,一件本應是平整的工件可能會發生彎曲或翹曲。此外,在對允許誤差要求比較嚴格的應用中,出乎意料之外的收縮可能會影響某個零件與整體組裝件的匹配性。
由於這些原因,在生產過程中通常必須將收縮性考慮在內。
工件脫模
當工件含有型芯或鏤空部分時,隨著彈性體的收縮,它會緊緊地裹住模具的這些部位,使工件脫模變得很困難。模具設計、模具表面光潔度以及加工條件都能夠縮小這種影響,甚至使自動化脫模也成為可能。
模塑條件
模塑條件能顯著地影響收縮的程度和本質。若從高應力狀態很快地變為低應力狀態,收縮的程度將會增加。工件的迅速冷卻以及很高的注射速度或壓力,也能影響收縮性。
設計方面的考慮
考慮到收縮性,模具必須加工得比工件所需的尺寸稍大些。通常,實際收縮值只有等到具體工件成型時才能得知。因此,事先保守一些總是最好的。若有可能,可使用原型模具。
如同彈性體的各種其他性質,收縮性往往隨聚合物流動方向而異。澆口的位置將決定熔體流入模具的方向,從而也將決定收縮性的方向。再者,某些TPE比其他TPE更為各向異性,其意思就是也許會在某一方向收縮得比另一方向更多些。當設計模具時,這一因素必須要考慮在內。關於設計方面的考慮將如何影響收縮性的進一步資料,請與您的TPE供應商聯繫
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TPE介紹
熱可塑性彈性體 Thermoplastic elastomer
一、熱塑性彈性體(TPE)的定義
熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,簡稱:TPE)是指在常溫下具有硫化橡膠的性質(即彈性體的性質),在高溫下又可以塑化變形之高分子材料。它可以用塑膠的加工機器如注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓延成型、T-Die押出成型等, 較傳統硫化橡膠更為快速的加工方式製造成品,且有質輕(密度低)、環保(可回收、燃燒無毒)、使用壽命長(可較傳統橡膠達5~10倍以上)、加工變化度大、製品總成本低等優點。在各行業中,逐漸被廣泛使用。TPE有時候也被稱作熱塑性橡膠(Thermoplastic Rubber,TPR),但由其定義而言,應稱為TPE較適當。 TPE是彈性體,具有加硫橡膠的性質,但卻不需要加硫。此外TPE並具有許多介於橡膠與塑膠中間的特徵。
二、橡膠與塑膠的基本性質
TPE為同時具有橡膠(或彈性體)與塑膠之性質的材料,故以下先對橡膠、塑膠的基本性質做一簡介。包括橡膠(或彈性體)及塑膠的高分子材料,其代表性的物理性質,可由應力-應變的特性看出。鋼鐵是伸長率(應變)很小的材料,其應力-應變性質如1所示,是可恢復原狀的完全彈性體。而粘土則是完全的塑性體,為完全無法回復。至於高分子物質則兼具彈性體與塑性體的性質,為粘彈性體的行為,但橡膠(或彈性體)較塑膠更接近于完全彈性體。由於多數塑膠為粘彈性體,要具體描述熱塑性彈性體與一般塑膠的區別並不容易,較大的差異為熱塑性彈性體在常溫下具有高伸長率、高回彈率、低壓縮永久變形率、及低脆化溫度等特性。另一最大區別是分子結構的差異,由於TPE具有加硫橡膠的性質,表示TPE必定由橡膠成分(即軟質段,soft segment)與塑膠成分(即硬質段,hard segment)所構成,軟質段具有彈性,而硬質段則在常溫時發揮架橋點一般的作用,可防止塑性變形。但當溫度上升時,硬質段的塑膠成分會熔融,失去作為架橋點的作用,而成為可塑性變形,如同塑膠般加工時成型。
三、 TPE材料的種類:
TPE的種類很多。如上所述,TPE含有硬質段及軟質段,分類的方法通常是以影響最大的主鏈分子構造的差異來分幾大類,再以軟質段、硬質段之分子固定方式之不同細分。可形成軟質段的分子包括以下的橡膠:聚丁二烯(BR)、聚異戊二烯(IR)、天然橡膠(NR)、乙烯-丙烯橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR)、聚異丁烯、聚乙烯-聚丁烯、非結晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。
另一方面,形成硬質段的分子可使用以下塑膠:聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、間規聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯胺等。
TPE的另一種分類法,為依巨觀構造的差異,分為純TPE及混摻TPE。純TPE是指一個分子鏈中,既有軟質段與硬質段的共價結合,在經聚合或縮聚合而成之高分子聚合物;混摻型TPE則是將作為軟質段的橡膠成分,
與作為硬質段的塑膠成分,二者混摻製成,以苯乙烯系及氯系TPE為主流,用途逐漸擴大。
1.TPU(熱塑性聚氨酯)
TPU主要由(1)短鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作硬質段,長鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作軟質段,二者構成直鏈狀多嵌段的共聚物即為TPU。TPU主要依其軟質段之聚醇分兩大系列:聚醚系及聚酯系,然後可內細分為PTMG、PEG(polyoxyethylene glycol)、PPG(polyoxypropylene glycol)、ADP(Adipic ester系)、PCL(caprolacton系)、PC(polycarbonate系)等,TPU中軟質段的差異,對物性所形成的影響如下:
抗拉強度 聚酯系 > 聚醚系
撕裂強度 聚酯系 > 聚醚系耐
磨耗性 聚酯系 > 聚醚系
耐藥品性 聚酯系 > 聚醚系
耐菌性 聚酯系 > 聚醚系
密度 ADP < PCL < PTMG
低溫特性 PTMG > PCL > ADP
反發揮性 PTMG > PCL > ADP
耐水解性 PC > PTMG > PCL > ADP
耐熱老化性 PC > PCL > ADP > PTMG
耐油性 ADP > PCL > PTMG
PU的硬質段所用的二異氰酸酯亦有許多種,但適於TPU的硬質段則很少。最重要的二異氰酸酯則為MDI與TDI。
TPU在性能及加工上有以下主要特點:
優點:
*耐磨耗性為各類TPE中最大的
*具高強度、高韌性、高透明的特性
*抗疲勞性、耐寒性、耐油性佳
*環保無毒可回收,可用於醫療器材
缺點:
☆耐熱性一般
☆耐候(紫外線)性不足(可添加紫外線安定補強)
☆成品殘留應力大、易粘模
2.TPO(聚烯系彈性體)
TPO的硬質段為PP或PE等聚烯,軟質為EPDM(三元乙丙膠)等橡膠,將兩者良好的混摻即得TPO。由於TPO與軟質或硬質聚烯的差異又是並不明顯,故難以下正確定義。但通常以橡膠成分20%以上,且彎曲彈性率690MPa以下之聚烯材料,可稱為TPO。TPO一般專指單純將聚烯與橡膠進行物理性混摻,使橡膠以微細粒子形態分散於聚烯基材中而成。此時所用之橡膠粒子可以是未加硫或已部分加硫的。若是使用已部分加硫的橡膠,TPO的性質會較好,但若加硫程度太高,則在聚烯中的分散變劣,使TPO性質降低,故橡膠的加硫程度要謹慎控制。若於混摻過程,同時使橡膠起加硫反應而製成之TPO,則稱為TPV(動態加硫型TPO)。另一類TPO,則于聚合反應器中,將硬質段部分與軟質段部分直接以共價鏈聚合而得,此類TPO以metallocene(茂金屬)觸媒聚合而成,另稱為M-POE,因不需混摻的成本且易控制聚合度及接枝率,因此在性能及價格上應較傳統TPO具競爭力。
TPO在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*比重最小、價格低
*耐寒/熱型、耐酸/鹼性佳(僅次於TPEE)
*耐候性、耐臭氧性、電氣絕緣性佳
*加工性佳、易成型大型製品
缺點:
☆易受非極性溶劑,如汽油、芳香族溶劑侵蝕
☆抗拉強度低(可以填料補強)
☆壓縮永久變形度大
☆耐磨性及拉伸回彈性差
3.TPV (動態加硫聚烯彈性體)
TPV是用萬馬力機或塑練機等混合設備進行混合時,同時使橡膠加硫而製成的TPO,軟質段的加硫橡膠粒子,可微細的分散于硬質段的聚烯基材中。 TPV可依硬質段與軟質段之種類與組合之不同,而有許多種類規格,但最具代表性的則是PP-EPDM系,接著陸續有PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR等系列TPV。 PP-EPDM系所用加硫劑為酚樹脂系,促進劑為二氯化錫,也就是樹脂架橋。形成直徑為數μm的架橋EPDM粒子(軟質段),分散於PP基材(硬質段)中。橡膠粒徑愈細,抗拉強度與斷裂伸長率即愈大;PP量愈大,硬度、彈性率、伸長率亦隨之增加。
TPV在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*壓縮永久變形量為TPE中最低
*機械性質較TPO佳,且硬度較TPO低
*耐油性、耐候性及耐熱性佳
*環保、無毒、可回收、可用於醫療器材
缺點:
☆耐磨性較橡膠、TPU差
☆價格遠較TPO高
☆加工性一般,表面有時易有流痕
☆無透明性
4.TPS(聚苯乙烯系彈性體)
聚苯乙烯系彈性體可分為兩大類:聚苯乙烯及橡膠(丁二烯、異戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯)之嵌段共聚物,及以此為基材與聚烯烴、可塑劑(油)物理共混製成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中,分子的硬質段為PS,軟質段為聚丁二烯或聚異戊二烯等聚二烯,代表性商品有SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)及將之氫化後而成之SEBS(苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)與SEPS(苯乙烯-乙烯、丙烯-苯乙烯嵌段共聚物)。 TPS為世界上需求量最大之TPE,目前已超過60萬噸,主要因其應力--應變性質與加硫橡膠非常接近,且加工性優異,價格低廉,逐漸取代PVC及傳統橡膠在鞋材及其他領域的應用。 TPS的應用依其結構及物理性能而有區別,一般苯乙烯含量為:15-40%,性質會依苯乙烯含量,橡膠微相構造及組成、分子量、分子量分佈及是否接官能基等因素之不同,而有很大的變化。SBS及SIS因分子中具有雙鍵結合,易受氧、臭氧、紫外線之影響,SEBS及SEPS則無此顧慮,因此以SEBS/SEPS為基材之共混物,在工程材料上有許多應用,惟其耐油性不佳。
TPS在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*製成品的物性範圍廣,易加工
*較其他TPE柔軟易拉伸,接近橡膠及矽膠觸感,硬度為TPE中最低
*伸長率最高、回彈性最好
*可充當許多工程塑料的相容劑及改性劑
*環保、可回收、無毒、低價格(SBS系)
缺點:
☆SBS系列、耐熱、耐候性能差
☆成品耐汙性、耐磨性、耐油性皆差
☆拉伸強度較PVC差、無法以高頻波接著
☆低硬度成品有時易出油。
☆SEBS/SEPS系成品,不易印刷接著
5. TPEE(聚醚酯彈性體)
TPEE分子中的硬質段為聚酯,軟質段為Tg值低的聚醚或聚酯,為多嵌段共聚物。 TPEE依分子構造之不同可分為:
1) 聚酯、聚醚型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是聚醚
2) 聚酯、聚酯型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是脂肪族聚酯
3) 液晶型TPEE:硬質段是剛直的液晶分子,軟質段為脂肪族聚酯。
以上三種TPEE中,最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型TPEE,硬質段以PBT為代表,由丁二醇與酉夫酸二甲酯組成構成,軟質段聚醚則以PTMG為代表。因PBT具耐熱型,結晶速度大,而PTMG則具低玻璃移點Tg,故此種TPEE的成型性優,並有平衡的物性及高耐熱性。作為熱可塑彈性體,TPEE能發揮其機能的範圍為高硬度範圍。在低硬度範圍,因鏈長數目小(3以下),硬質段會溶解在軟質段中而存在中間層,因此微相分離不完全,也就無法具完全的彈性體機能,故TPEE之低硬度製品不易獲得。
TPEE在性能及加工技術上有以下主要特點:
優點:
*耐熱性最高、耐荷重大、回彈性高
*反覆疲勞特性優且性質強韌
*低溫撓曲性較TPU更佳
*耐油/耐藥品/耐化學溶劑性佳
缺點:
☆不易獲得低硬度製造
☆加工條件較窄,須較精密加工機器
☆價格昂貴
6. TPA(聚醯胺系彈性體)
TPA是以聚醯胺為硬質段,Tg值低的聚醚或聚酯為軟質段,所構成的多嵌段共聚物。聚醯胺的成分可為尼龍6、66、610、11、12等,但以尼龍6或12占重要部分。軟質段的成分為聚醚二醇或聚酯二醇的長鏈聚醇。影響TPA物性最大的,是硬質段、軟質段的比率與種類。隨著軟質段的增加,其伸長變長,應力則變小。 TPA在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*良好加工成型性(尺寸安定性佳)
*具尼龍般強韌性質及耐磨耗性
*耐熱性、耐油性佳
*低溫耐衝擊性佳
缺點:
☆橡膠彈性不足
☆易沸水水解
☆價格昂貴
☆回收料易變色
一、熱塑性彈性體(TPE)的定義
熱塑性彈性體(thermoplastic elastomer,簡稱:TPE)是指在常溫下具有硫化橡膠的性質(即彈性體的性質),在高溫下又可以塑化變形之高分子材料。它可以用塑膠的加工機器如注塑成型、擠出成型、吹塑成型、壓延成型、T-Die押出成型等, 較傳統硫化橡膠更為快速的加工方式製造成品,且有質輕(密度低)、環保(可回收、燃燒無毒)、使用壽命長(可較傳統橡膠達5~10倍以上)、加工變化度大、製品總成本低等優點。在各行業中,逐漸被廣泛使用。TPE有時候也被稱作熱塑性橡膠(Thermoplastic Rubber,TPR),但由其定義而言,應稱為TPE較適當。 TPE是彈性體,具有加硫橡膠的性質,但卻不需要加硫。此外TPE並具有許多介於橡膠與塑膠中間的特徵。
二、橡膠與塑膠的基本性質
TPE為同時具有橡膠(或彈性體)與塑膠之性質的材料,故以下先對橡膠、塑膠的基本性質做一簡介。包括橡膠(或彈性體)及塑膠的高分子材料,其代表性的物理性質,可由應力-應變的特性看出。鋼鐵是伸長率(應變)很小的材料,其應力-應變性質如1所示,是可恢復原狀的完全彈性體。而粘土則是完全的塑性體,為完全無法回復。至於高分子物質則兼具彈性體與塑性體的性質,為粘彈性體的行為,但橡膠(或彈性體)較塑膠更接近于完全彈性體。由於多數塑膠為粘彈性體,要具體描述熱塑性彈性體與一般塑膠的區別並不容易,較大的差異為熱塑性彈性體在常溫下具有高伸長率、高回彈率、低壓縮永久變形率、及低脆化溫度等特性。另一最大區別是分子結構的差異,由於TPE具有加硫橡膠的性質,表示TPE必定由橡膠成分(即軟質段,soft segment)與塑膠成分(即硬質段,hard segment)所構成,軟質段具有彈性,而硬質段則在常溫時發揮架橋點一般的作用,可防止塑性變形。但當溫度上升時,硬質段的塑膠成分會熔融,失去作為架橋點的作用,而成為可塑性變形,如同塑膠般加工時成型。
三、 TPE材料的種類:
TPE的種類很多。如上所述,TPE含有硬質段及軟質段,分類的方法通常是以影響最大的主鏈分子構造的差異來分幾大類,再以軟質段、硬質段之分子固定方式之不同細分。可形成軟質段的分子包括以下的橡膠:聚丁二烯(BR)、聚異戊二烯(IR)、天然橡膠(NR)、乙烯-丙烯橡膠(EPDM)、丁基橡膠(IIR)、聚異丁烯、聚乙烯-聚丁烯、非結晶性聚乙烯、聚醚、聚酯等。
另一方面,形成硬質段的分子可使用以下塑膠:聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、間規聚合1,2聚丁二烯、反式1,4聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯胺等。
TPE的另一種分類法,為依巨觀構造的差異,分為純TPE及混摻TPE。純TPE是指一個分子鏈中,既有軟質段與硬質段的共價結合,在經聚合或縮聚合而成之高分子聚合物;混摻型TPE則是將作為軟質段的橡膠成分,
與作為硬質段的塑膠成分,二者混摻製成,以苯乙烯系及氯系TPE為主流,用途逐漸擴大。
1.TPU(熱塑性聚氨酯)
TPU主要由(1)短鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作硬質段,長鏈二醇與異氰酸酯反應所得PU作軟質段,二者構成直鏈狀多嵌段的共聚物即為TPU。TPU主要依其軟質段之聚醇分兩大系列:聚醚系及聚酯系,然後可內細分為PTMG、PEG(polyoxyethylene glycol)、PPG(polyoxypropylene glycol)、ADP(Adipic ester系)、PCL(caprolacton系)、PC(polycarbonate系)等,TPU中軟質段的差異,對物性所形成的影響如下:
抗拉強度 聚酯系 > 聚醚系
撕裂強度 聚酯系 > 聚醚系耐
磨耗性 聚酯系 > 聚醚系
耐藥品性 聚酯系 > 聚醚系
耐菌性 聚酯系 > 聚醚系
密度 ADP < PCL < PTMG
低溫特性 PTMG > PCL > ADP
反發揮性 PTMG > PCL > ADP
耐水解性 PC > PTMG > PCL > ADP
耐熱老化性 PC > PCL > ADP > PTMG
耐油性 ADP > PCL > PTMG
PU的硬質段所用的二異氰酸酯亦有許多種,但適於TPU的硬質段則很少。最重要的二異氰酸酯則為MDI與TDI。
TPU在性能及加工上有以下主要特點:
優點:
*耐磨耗性為各類TPE中最大的
*具高強度、高韌性、高透明的特性
*抗疲勞性、耐寒性、耐油性佳
*環保無毒可回收,可用於醫療器材
缺點:
☆耐熱性一般
☆耐候(紫外線)性不足(可添加紫外線安定補強)
☆成品殘留應力大、易粘模
2.TPO(聚烯系彈性體)
TPO的硬質段為PP或PE等聚烯,軟質為EPDM(三元乙丙膠)等橡膠,將兩者良好的混摻即得TPO。由於TPO與軟質或硬質聚烯的差異又是並不明顯,故難以下正確定義。但通常以橡膠成分20%以上,且彎曲彈性率690MPa以下之聚烯材料,可稱為TPO。TPO一般專指單純將聚烯與橡膠進行物理性混摻,使橡膠以微細粒子形態分散於聚烯基材中而成。此時所用之橡膠粒子可以是未加硫或已部分加硫的。若是使用已部分加硫的橡膠,TPO的性質會較好,但若加硫程度太高,則在聚烯中的分散變劣,使TPO性質降低,故橡膠的加硫程度要謹慎控制。若於混摻過程,同時使橡膠起加硫反應而製成之TPO,則稱為TPV(動態加硫型TPO)。另一類TPO,則于聚合反應器中,將硬質段部分與軟質段部分直接以共價鏈聚合而得,此類TPO以metallocene(茂金屬)觸媒聚合而成,另稱為M-POE,因不需混摻的成本且易控制聚合度及接枝率,因此在性能及價格上應較傳統TPO具競爭力。
TPO在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*比重最小、價格低
*耐寒/熱型、耐酸/鹼性佳(僅次於TPEE)
*耐候性、耐臭氧性、電氣絕緣性佳
*加工性佳、易成型大型製品
缺點:
☆易受非極性溶劑,如汽油、芳香族溶劑侵蝕
☆抗拉強度低(可以填料補強)
☆壓縮永久變形度大
☆耐磨性及拉伸回彈性差
3.TPV (動態加硫聚烯彈性體)
TPV是用萬馬力機或塑練機等混合設備進行混合時,同時使橡膠加硫而製成的TPO,軟質段的加硫橡膠粒子,可微細的分散于硬質段的聚烯基材中。 TPV可依硬質段與軟質段之種類與組合之不同,而有許多種類規格,但最具代表性的則是PP-EPDM系,接著陸續有PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR等系列TPV。 PP-EPDM系所用加硫劑為酚樹脂系,促進劑為二氯化錫,也就是樹脂架橋。形成直徑為數μm的架橋EPDM粒子(軟質段),分散於PP基材(硬質段)中。橡膠粒徑愈細,抗拉強度與斷裂伸長率即愈大;PP量愈大,硬度、彈性率、伸長率亦隨之增加。
TPV在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*壓縮永久變形量為TPE中最低
*機械性質較TPO佳,且硬度較TPO低
*耐油性、耐候性及耐熱性佳
*環保、無毒、可回收、可用於醫療器材
缺點:
☆耐磨性較橡膠、TPU差
☆價格遠較TPO高
☆加工性一般,表面有時易有流痕
☆無透明性
4.TPS(聚苯乙烯系彈性體)
聚苯乙烯系彈性體可分為兩大類:聚苯乙烯及橡膠(丁二烯、異戊二烯、丁烯/乙烯、丁烯/丙烯)之嵌段共聚物,及以此為基材與聚烯烴、可塑劑(油)物理共混製成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中,分子的硬質段為PS,軟質段為聚丁二烯或聚異戊二烯等聚二烯,代表性商品有SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)及將之氫化後而成之SEBS(苯乙烯-乙烯、丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)與SEPS(苯乙烯-乙烯、丙烯-苯乙烯嵌段共聚物)。 TPS為世界上需求量最大之TPE,目前已超過60萬噸,主要因其應力--應變性質與加硫橡膠非常接近,且加工性優異,價格低廉,逐漸取代PVC及傳統橡膠在鞋材及其他領域的應用。 TPS的應用依其結構及物理性能而有區別,一般苯乙烯含量為:15-40%,性質會依苯乙烯含量,橡膠微相構造及組成、分子量、分子量分佈及是否接官能基等因素之不同,而有很大的變化。SBS及SIS因分子中具有雙鍵結合,易受氧、臭氧、紫外線之影響,SEBS及SEPS則無此顧慮,因此以SEBS/SEPS為基材之共混物,在工程材料上有許多應用,惟其耐油性不佳。
TPS在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*製成品的物性範圍廣,易加工
*較其他TPE柔軟易拉伸,接近橡膠及矽膠觸感,硬度為TPE中最低
*伸長率最高、回彈性最好
*可充當許多工程塑料的相容劑及改性劑
*環保、可回收、無毒、低價格(SBS系)
缺點:
☆SBS系列、耐熱、耐候性能差
☆成品耐汙性、耐磨性、耐油性皆差
☆拉伸強度較PVC差、無法以高頻波接著
☆低硬度成品有時易出油。
☆SEBS/SEPS系成品,不易印刷接著
5. TPEE(聚醚酯彈性體)
TPEE分子中的硬質段為聚酯,軟質段為Tg值低的聚醚或聚酯,為多嵌段共聚物。 TPEE依分子構造之不同可分為:
1) 聚酯、聚醚型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是聚醚
2) 聚酯、聚酯型:硬質段是芳香系結晶性聚酯,軟質段則是脂肪族聚酯
3) 液晶型TPEE:硬質段是剛直的液晶分子,軟質段為脂肪族聚酯。
以上三種TPEE中,最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型TPEE,硬質段以PBT為代表,由丁二醇與酉夫酸二甲酯組成構成,軟質段聚醚則以PTMG為代表。因PBT具耐熱型,結晶速度大,而PTMG則具低玻璃移點Tg,故此種TPEE的成型性優,並有平衡的物性及高耐熱性。作為熱可塑彈性體,TPEE能發揮其機能的範圍為高硬度範圍。在低硬度範圍,因鏈長數目小(3以下),硬質段會溶解在軟質段中而存在中間層,因此微相分離不完全,也就無法具完全的彈性體機能,故TPEE之低硬度製品不易獲得。
TPEE在性能及加工技術上有以下主要特點:
優點:
*耐熱性最高、耐荷重大、回彈性高
*反覆疲勞特性優且性質強韌
*低溫撓曲性較TPU更佳
*耐油/耐藥品/耐化學溶劑性佳
缺點:
☆不易獲得低硬度製造
☆加工條件較窄,須較精密加工機器
☆價格昂貴
6. TPA(聚醯胺系彈性體)
TPA是以聚醯胺為硬質段,Tg值低的聚醚或聚酯為軟質段,所構成的多嵌段共聚物。聚醯胺的成分可為尼龍6、66、610、11、12等,但以尼龍6或12占重要部分。軟質段的成分為聚醚二醇或聚酯二醇的長鏈聚醇。影響TPA物性最大的,是硬質段、軟質段的比率與種類。隨著軟質段的增加,其伸長變長,應力則變小。 TPA在性能及加工工藝上有以下主要特點:
優點:
*良好加工成型性(尺寸安定性佳)
*具尼龍般強韌性質及耐磨耗性
*耐熱性、耐油性佳
*低溫耐衝擊性佳
缺點:
☆橡膠彈性不足
☆易沸水水解
☆價格昂貴
☆回收料易變色
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