TPE(热可塑性弹性体) 概論

一、 热塑性弹性体（TPE）的定义

热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，简记：TPE）是指在常温下具 有加硫橡胶的性质（即弹性体的性质），在高温下又可以塑化变形之高分子 材料。它可以用塑胶的加工机器如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成 型、T-Die 流延成型等较传统硫化橡胶更为快速的加工方式製造成品，且有 质轻（密度低）、环保（可回收、燃烧无毒）、使用寿命长（可较传统橡胶达

5~10 倍以上）、加工变化度大、製品总成本低等优点。在各行业中，逐渐被 广泛使用。TPE 有时候也被称作热塑性橡胶（Thermoplastic Rubber，TPR）， 但由其定义而言，应称为 TPE 较适当。

TPE 是弹性体，具有加硫橡胶的性质，但却不需要加硫。此外 TPE 并 具有许多介于橡胶与塑胶中间的特徵。

二、 橡胶与塑胶的基本性质

TPE 为同时具有橡胶（或弹性体）与塑胶之性质的材料，故以下先对橡 胶、塑胶的基本性质做一简介。

包括橡胶（或弹性体）及塑胶的高分子材料，其代表性的物理性质，可由应力—

应变的特性看出。图 1-1 为各种高分子材料的试片，在被拉伸时表现的应力— 应变行为。图中箭头则表示试片受到拉伸及放鬆时，应力—应变的变化。

钢铁是伸长率（应变）很小的材料，其应力—应变性质如 1 所示，是可 恢復原狀的完全弹性体。而粘土则是完全的塑性体，如 2 所示，为完全无法 回復。至于高分子物质则兼具弹性体与塑性体的性质，为粘弹性体 3 的行 为，但橡胶（或弹性体）较塑胶更接近于完全弹性体。

由于多數塑胶为粘弹性体，要具体描述热塑性弹性体与一般塑胶的区别 并不容易，较大的差異为热塑性弹性体在常温下具有高伸长率、高回弹率、 低压缩永久变形率、及低脆化温度等特性。另一最大区别是分子结构的差 異，由于 TPE 具有加硫橡胶的性质，表示 TPE 必定由橡胶成分（即软质段，

soft segment）与塑胶成分（即硬质段，hard segment）所构成，软质段具有

弹性，而硬质段则在常温时发挥架桥点一般的作用，可防止塑性变形。但当 温度上升时，硬质段的塑胶成分会熔融，失去作为架桥点的作用，而成为可 塑性变形，如同塑胶般加工时成型。

（待续）

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三、 TPE 材料的种類：

TPE 的种類很多。如上所述，TPE 含有硬质段及软质段，分類的方法通 常是以影响最大的主链分子构造的差異來分几大類，再以软质段、硬质段之 分子固定方式之不同细分。可形成软质段的分子包括以下的橡胶：聚丁二烯

（BR）、聚異戊二烯（IR）、天然橡胶（NR）、乙烯—丙烯橡胶（EPDM）、 丁基橡胶（IIR）、聚異丁烯、聚乙烯—聚丁烯、非结晶性聚乙烯、聚醚、 聚酯等。

另一方面，形成硬质段的分子可使用以下塑胶：聚苯乙烯、聚乙烯、聚 丙烯、间规聚合 1,2 聚丁二烯、反式 1,4 聚異戊二系、聚氨酯、聚酯、聚醯 胺等。

依 TPE 主链上分子构造的差異，可大分为如图 1-2。

图 1-2. SBS

SIS TPS（苯乙烯系）— SEBS

（苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物，SBC） SEPS

TPO（单纯混掺型） 聚烯系 TPV（动态加硫型）

TPE RB（间规聚合 1.2BR） 聚二烯系 TPI（反式聚異戊二烯） TPNR（PP/天然橡胶）

氯系 TPVC（硬质：PVC，软质：PVC 或 NBR）

TPU 系（热塑性聚氨酯）

TPEE 系（聚醚酯弹性体） 工程塑料系 TPA 系（聚醯胺系）

氟素系

TPE 的另一种分類法，为依巨观构造的差異，分为纯 TPE 及混掺 TPE。

纯 TPE 是指一个分子链中，既有软质段与硬质段的共价结合，在经聚合或缩 聚合而成之高分子聚合物；混掺型 TPE 则是将作为软质段的橡胶成分， 与

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作为硬质段的塑胶成分，二者混掺製成，以苯乙烯系及氯系 TPE 为主流，用

四、 TPE 的性能比较

表 1 为主要 TPE 之各种性能比较。兹再将工业上常用之 TPE 主要特性 作一概括性說明：

1. TPU（热塑性聚氨酯）：

TPU 主要由(1)短链二醇与異氰酸酯反应所得 PU 作硬质段，（2）长链二 醇与異氰酸酯反应所得 PU 作软质段，二者构成直链狀多嵌段的共聚物即为 TPU。TPU 主要依其软质段之聚醇分兩大系列：聚醚系及聚酯系，然后可内 细分为 PTMG、PEG（polyoxyethylene glycol）、PPG（polyoxypropylene glycol）、ADP（Adipic ester 系）、PCL（caprolacton 系）、PC（polycarbonate 系）等，TPU 中软质段的差異，对物性所形成的影响如下：

优 —性能— 劣

密度 ADP < PCL < PTMG

低温特性 PTMG > PCL > ADP

耐水性           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 在性能及加工工藝上有以下主要特點：

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：

9  耐熱性一般

9  耐候（紫外線）性不足（可添加紫外線安定補強）

9  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。

为 TPO。TPO 一般专指单纯将聚烯与橡胶进行物理性混掺，使橡胶以微细粒

子形态分散于聚烯基材中而成。此时所用之橡胶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胶，TPO 的性质会较好，但若加硫程度太 高，则在聚烯中的分散变劣，使 TPO 性质降低，故橡胶的加硫程度要谨慎控

制。若于混掺过程，同时使橡胶起加硫反应而製成之 TPO，则称为 TPV（动

态加硫型 TPO）。

另一類 TPO，则于聚合反应器中，将硬质段部分与软质段部分直接以共 价链聚合而得，此類 TPO 以 metallocene（茂金属）触媒聚合而成，另称为

M-POE，因不需混掺的成本且易控制聚合度及接枝率，因此在性能及价格上 应较传统 TPO 具竞争力。

TPO 在性能及加工工艺上有以下主要特点：

优点：

— 比重最小、价格低

— 耐寒/热型、耐酸/硷性佳（仅次于 TPEE）

— 耐候性、耐臭氧性、电气绝缘性佳

— 加工性佳、易成型大型製品

缺点：

9 易受非极性溶剂，如汽油、芳香族溶剂侵蚀

9 抗拉强度低（可以填料补强）

9 压缩永久变形度大

9 耐磨性及拉伸回弹性差

3. TPV （动态加硫聚烯弹性体）

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TPV 是用万马力机或塑練机等混合设备进行混合时，同时使橡胶加硫而

製成的 TPO，软质段的加硫橡胶粒子，可微细的分散于硬质段的聚烯基材中。

TPV 可依硬质段与软质段之种類与组合之不同，而有许多种類规格，但 最具代表性的则是 PP-EPDM 系，接着陸续有 PP-NBR、PP-ACM、PP-NR、PP-IIR、

PE-EPDM、PE-NR、PA-NBR、PA-ACM、PVC-NBR 等系列 TPV。

PP-EPDM 系所用加硫剂为酚树脂系，促进剂为二氯化锡，也就是树脂架 桥。形成直径为數μm 的架桥 EPDM 粒子（软质段），分散于 PP 基材（硬质 段）中。橡胶粒径愈细，抗拉强度与断裂伸长率即愈大；PP 量愈大，硬度、 弹性率、伸长率亦随之增加。

TPV 在性能及加工工艺上有以下主要特点：

优点：

— 压缩永久变形量为 TPE 中最低

— 机械性质较 TPO 佳，且硬度较 TPO 低

— 耐油性、耐候性及耐热性佳

— 环保、无毒、可回收、可用于医療器材

缺点：

9 耐磨性较橡胶、TPU 差

9 价格远较 TPO 高

9 加工性一般，表面有时易有流痕

9 无透明性

4. TPS（聚苯乙烯系弹性体）： 聚苯乙烯系弹性体可分为兩大類：聚苯乙烯及橡胶（丁二烯、異戊二烯、

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丁烯/乙烯、丁烯/丙烯）之嵌段共聚物，及以此为基材与聚烯烃、可塑剂（油）

物理共混製成之共混物。聚苯乙烯系共聚物中，分子的硬质段为 PS，软质 段为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 将之氢化后而成之 SEBS（苯乙烯—乙烯、丁烯—苯乙烯嵌段共聚物）与 SEPS

（苯乙烯—乙烯、丙烯—苯乙烯嵌段共聚物）。

TPS 为世界上需求量最大之 TPE，目前已超过 60 万吨，主要因其应力—— 应变性质与加硫橡胶非常接近，且加工性优異，价格低廉，逐渐取代 PVC 及传统橡胶在鞋材及其他領域的应用。

TPS 的应用依其结构及物 理 性能而有区别，一般苯乙烯含 量 为：

15-40%，性质会依苯乙烯含量，橡胶微相构造及组成、分子量、分子量分佈 及是否接官能基等因素之不同，而有很大的变化。SBS 及 SIS 因分子中具有 双键结合，易受氧、臭氧、紫外线之影响，SEBS 及 SEPS 则无此顾虑，因此

以 SEBS/SEPS 为基材之共混物，在工程材料上有许多应用，惟其耐油性不佳。

TPS 在性能及加工工艺上有以下主要特点：

优点：

— 製成品的物性范围广，易加工

— 较其他 TPE 柔软易拉伸，接近橡胶及硅胶触感，硬度为 TPE 中最低

— 伸长率最高、回弹性最好

— 可充当许多工程塑料的相容剂及改性剂

— 环保、可回收、无毒、低价格（SBS 系）

缺点：

9 SBS 系列、耐热、耐候性能差

9 成品耐污性、耐磨性、耐油性皆差

9 拉伸强度较 PVC 差、无法以高频波接着

9 低硬度成品有时易出油。

9 SEBS/SEPS 系成品，不易印刷接着

5. TPEE（聚醚酯弹性体）

TPEE 分子中的硬质段为聚酯，软质段为 Tg 值低的聚醚或聚酯，为多嵌 段共聚物。

TPEE 依分子构造之不同可分为：

1) 聚酯、聚醚型：硬质段是芳香系结晶性聚酯，软质段则是聚醚

2) 聚酯、聚酯型：硬质段是芳香系结晶性聚酯，软质段则是脂肪族聚酯

3) 液晶型 TPEE：硬质段是刚直的液晶分子，软质段为脂肪族聚酯。 以上三种 TPEE 中，最常用且需求量最多的是聚酯、聚醚型 TPEE，硬质

段以 PBT 为代表，由丁二醇与酉夫酸二甲酯组成构成，软质段聚醚则以 PTMG

为代表。因 PBT 具耐热型，结晶速度大，而 PTMG 则具低玻璃移点 Tg，故此

种 TPEE 的成型性优，并有平衡的物性及高耐热性。

作为热可塑弹性体，TPEE 能发挥其机能的范围为高硬度范围。在低硬 度范围，因链长數目小（3 以下），硬质段会溶解在软质段中而存在中间层， 因此微相分離不完全，也就无法具完全的弹性体机能，故 TPEE 之低硬度製 品不易获得。

TPEE 在性能及加工工艺上有以下主要特点：

优点：

— 耐热性最高、耐荷重大、回弹性高

— 反覆疲勞特性优且性质强韧

— 低温挠曲性较 TPU 更佳

— 耐油/耐药品/耐化学溶剂性佳

缺点：

9 不易获得低硬度製造

9 加工条件较窄，须较精密加工机器

9 价格昂贵

6. TPA（聚醯胺系弹性体）

TPA 是以聚醯胺为硬质段，Tg 值低的聚醚或聚酯为软质段，所构成的多 嵌段共聚物。聚醯胺的成分可为尼龍 6、66、610、11、12 等，但以尼龍 6

或 12 占重要部分。软质段的成分为聚醚二醇或聚酯二醇的长链聚醇。

影响 TPA 物性最大的，是硬质段、软质段的比率与种類。随着软质段的 增加，其伸长变长，应力则变小。

TPA 在性能及加工工艺上有以下主要特点：

优点：

— 良好加工成型性（少资料，顶出性质、尺按定性佳）

— 具尼龍般强韧性质及耐磨耗性

— 耐热性、耐油性佳

— 低温耐冲击性佳

老崔大哥就是厚道阿，我找了很久这方面的资料，终于在这发现了，实在是感谢！

另外，目前的TPE在线缆中应用的情况怎样，可以交流一下吗？？？