什么是热塑性弹性体？
热塑性弹性体通常是一种弹性模量较低的弹性材料，在室温下可以反复拉伸到原来长度的两倍以上，在应力消除后几乎完全恢复到原来的长度。具有这一特性的早期材料是热固性橡胶，但许多可注射成型的热塑性弹性体正在取代传统橡胶。除了以基本形式使用之外，热塑性弹性体还广泛用于硬质热塑性塑料的改性，通常用于提高冲击强度。这在板材和普通模塑级复合材料中非常常见。
热塑性弹性体的类型
截至1996年，六种主要的热塑性弹性体可分为两类:嵌段共聚物、热塑性弹性体共混物和合金。
除了这些TPE，还出现了两项新技术。它们是通过茂金属催化合成的聚烯烃塑性体和弹性体，以及通过反应形成的热塑性聚烯烃弹性体。
传统的TPE是所谓的两相系统。本质上，由硬热塑性塑料组成的一相以机械或化学方式与由软弹性体组成的另一相结合，并且所生产的热塑性弹性体具有两相结合的性质。
传统TPE系列
苯乙烯树脂
共聚物聚酯
聚亚安酯
聚酰胺
聚烯烃混合物
聚烯烃合金
热塑性弹性体的新品种
反应形成的TPO
聚烯烃塑料
聚烯烃弹性体
这些新的聚烯烃塑性体和弹性体基本上是具有非常低分子量的线性低密度聚乙烯。作为聚合催化剂技术进步的产物，这些材料最初是为了改善软包装薄膜的特性而开发的。最近，这些柔性聚乙烯作为低成本的橡胶替代品，已经用于对模制产品要求不太严格的一些应用中。这主要包括不会暴露在极端温度、压力、负载或压力环境下的产品。在模塑产品中，这些新材料被用于或多或少需要柔韧性或触感的地方。请注意，它们不是真正的弹性体。
TPE会有哪些拉伸性能？
拉伸性能
拉伸性能是用来解释弹性体拉伸时行为的测试值。有几种常用的测试来显示弹性体在最终使用环境中的表现。
断裂拉伸强度
这个测试值也被称为极限抗拉强度。在该试验中，弹性体试件被拉伸直至断裂。同时还测量了破坏材料所需的力。单位通常是磅每平方英寸或兆帕。与测试值较低的弹性体相比，具有高极限拉伸强度的弹性体不易断裂。
抗扯强度
该测试值显示了弹性体如何抵抗撕裂。撕裂强度试验与断裂拉伸强度试验基本相同，但试件的一侧有一个V形缺口作为扩展点。将被测材料拉伸至完全撕裂，同时记录撕裂试件的力。单位通常是磅/英寸或千牛顿/米。
拉伸模量
在拉伸模量测试中，弹性体被拉伸到各种长度，并且其拉伸强度被单独测量。该测试值通常表示为弹性体的拉伸强度，对应于其长度和原始长度的不同百分比，例如50%、100%或300%时的拉伸强度。弹性体对拉伸的抵抗力起初可能很强，但随着伸长，它会变弱。
扯断伸长率
伸长率不是衡量材料拉伸的难易程度，而是衡量材料在断裂前能拉伸多长时间。断裂伸长率以其原始长度的百分比表示。一些软弹性体在断裂前可以拉伸到原始长度的1000%以上。软质热塑性弹性体的伸长率通常远高于硬质材料。
影响测试值的因素
试件的成型方法和熔体流动方向会影响其拉伸性能的测试值。因此，对于许多弹性体，拉伸性能应该在流动方向和横向上测量。
流动方向
像弹性体的许多其他性能一样，拉伸性能受模塑过程中聚合物分子取向的影响。因此，取决于在模制聚合物时是沿着流动方向还是沿着横向进行拉伸，拉伸性能可能会有很大变化。
试样
一些测试是用注射成型的测试件进行的，而另一些是用挤出成型的测试件进行的。由于不同类型试件的试验值有显著差异，因此只有同一类型试件的试验值才能进行比较，这一点非常重要。
定义热塑性弹性体的压缩集
压缩永久变形值是材料在一定温度下压缩成一定形状并保持一定时间后的永久变形量。
常用的ASTM试验方法要求材料变形25%，并保持一定时间。在测量该样品前，让其恢复30分钟。
23摄氏度
22小时，70小时，168小时，1000小时。
70℃
22小时，70小时，168小时，1000小时。
121摄氏度
22小时，70小时，168小时，1000小时。
150摄氏度
22小时，70小时，168小时，1000小时。
测量值是材料样品未能恢复到其原始高度的百分比。例如，40%的压缩永久变形意味着热塑性弹性体仅恢复了其压缩厚度的60%。100%压缩永久变形意味着热塑性弹性体完全没有恢复，也就是说，它保持压缩状态。
压缩永久变形经常与蠕变混淆。然而，压缩永久变形是在一定的恒定应变条件下的变形量，而蠕变是在一定的恒定应力条件下的变形量。
TPE有合适的温度吗？
术语“适用温度”用于粗略定义材料适合使用的最高温度。
适用温度取决于许多因素，包括性能要求、接触时间、有无负载以及工件设计结构。
一些常用的适用温度测量方法有维卡软化温度、热变形温度、美国安全检测实验室法、半拉伸强度等专有方法，各行业有所不同。
要求更高适用温度的应用实例包括汽车、运输、液压软管和矿用电缆。不要求较高适用温度的应用实例包括一般室内用途，如个人护理产品和厨房用具上的把手、电话线和玩具。
硬度是什么意思？
困难
选择热塑性弹性体时，材料的相对柔软度或硬度通常是首先要考虑的指标之一。硬度还与其他重要的设计特性有关，如拉伸模量和弯曲模量。由于测量尺度不同，以及硬度与其他材料性能之间的关系，在讨论硬度时可能会出现混淆。
硬度测量
测量橡胶硬度最常用的仪器叫肖氏硬度计。用弹簧将金属压头压入材料表面，并测量它能穿透多深。该仪器测量的穿透深度从零到0.100英寸。如果刻度上的读数为零，则表示压头穿透极限深度，而读数为100则表示穿透深度为零。
各种硬度范围的肖氏硬度计。最常用的秤之一是肖氏A秤，它使用相对钝的压头和中等弹性的弹簧。当读数超过90时，肖氏硬度测试仪变得不准确。对于较硬的材料，使用肖氏D硬度计，因为它有锋利的压头和弹性很强的弹簧，可以穿透得更深。
测量较硬的塑料时，使用压头更锋利、弹性更强的硬度计，如洛氏硬度计。在另一个极端，肖氏00硬度测试仪用于测量软凝胶和软泡沫橡胶。
大多数材料可以承受初始压力，但随着时间的推移，它们会因蠕变和松弛而屈服。硬度计的读数可以立即读取，也可以在一定延迟时间后读取，通常在5到10秒后。即时读数总是比延迟读数高。延迟阅读不仅在硬度上更有代表性，在弹性上也更有代表性。弹性较弱的材料比弹性较强的材料更容易蠕变。
为了保证数据的有效性，需要有精确的测试步骤。为了获得准确的读数，必须有一个表面平坦且足够厚的样本，以防止结果受到支撑表面的影响。通常要求的厚度为0.200英寸，但厚度较薄时可以精确测试变形较小的硬质材料。
与其他特征的关系
硬度经常与其他性能混淆，如弯曲模量。虽然两者都反映了产品在使用者手中的感觉，但弯曲模量代表抗弯曲性，而硬度代表抗凹陷性。在特定的TPE系列中，这两个特征是相互关联的。一般来说，当硬度值增加时，弯曲模量也增加。
此外，在同一TPE系列中，抗蠕变性与拉伸强度直接相关。这意味着软TPE的蠕变程度会比硬材料高，但其抗拉强度较小。摩擦系数与硬度成反比。当热塑性弹性体的硬度增加时，摩擦系数通常会降低。
在比较不同的TPE系列时，除了硬度之外，还需要比较其他物理性能数据，以便进行正确的材料选择。
监管术语
美国美国食品药品监督管理局
美国食品药品监督管理局在《美国联邦政府行政法规汇编》第1章第21篇B节中详细规定了食品中使用的各种聚合物和复合材料的允许标准。当产品被归类为“美国食品和药物管理局等级”材料时，这意味着只有联邦法规第21篇第170-199部分批准的材料才用于其配方中。
国家健康基金会
国家健康基金会是一个在公共健康、安全和环境保护领域制定标准、测试产品和提供认证服务的机构。NSF认证计划已通过美国国家标准协会、荷兰认证委员会和加拿大标准委员会的认证。
测试机构联盟使NSF试验在世界其他地方被接受。测试组织联盟的部分成员包括天祥测试服务公司、荷兰KIWA N.V、加拿大标准协会和加拿大质量管理协会、日本燃气器具检验协会等。
需要NSF认证的典型应用包括饮用水、水处理系统、餐饮服务行业和管道设施。
美国邮政
美国药典涵盖了与血液和体液的相容性和接触的应用。美国药典测试旨在提供聚合物容器材料生物效应的信息。根据在特殊美国药典生物试验中的表现，聚合物分为六个等级。从第一阶段到第六阶段的每一个增量都要求使用比前一阶段更多的萃取剂来进一步测试聚合物。此外，可以选择增加的提取温度范围来进一步表征材料。
美国安全测试实验室
安全检测实验室是一个独立的非营利产品安全和检测认证机构，其基地位于美国。常用的测试有UL-94、VTM和大众。UL规范涵盖的典型应用领域包括手持电子设备、商业设备和电器。
军事技术规范一些美国军事和非军事应用可能需要遵守军事技术规范。这些规格包括真菌培养、尺寸稳定性和许多其他材料特性。在热塑性弹性体领域，符合军事技术规范的应用包括火箭控制电缆、战场专用软线、地下电缆和船舶与海岸之间的连接电缆。
加拿大标准协会
CSA是加拿大的主要标准组织，为某些应用制定性能标准和测试方法。类似于美国的ASTM、UL、DOT、FDA、MIL。
热塑性弹性体与热固性弹性体的比较
弹性体通常分为两类:
热塑性
热硬化性的
结构
热塑性弹性体是加热时软化/熔化，冷却时变硬的材料，可以反复更换。大多数热塑性塑料可溶于特定溶剂，并能燃烧到一定程度。软化/熔化温度随着聚合物的种类和种类而变化。由于热塑性塑料对热和剪切力的敏感性，搬运时必须非常小心，以避免材料降解、分解或着火。e材料。
大多数热塑性塑料的分子链可以被认为是缠绕在一起的独立的线，就像意大利面条一样。当加热时，每个分子链开始滑动，形成塑性流动。当冷却时，原子和分子链再次牢固地纠缠在一起。当再次加热时，分子链开始再次滑动。热塑性塑料的加热/冷却循环次数有实际限制，超过此限制后，其外观和机械性能将受到影响。
热固性弹性体在加工过程中会发生化学变化，变得永久不溶和不溶。正是这种化学交联导致了热固性和热塑性体系的主要区别。天然橡胶和合成橡胶，如胶乳、丁腈橡胶、复合聚氨酯、硅胶、丁基橡胶和氯丁橡胶，通过所谓的硫化过程达到最终性能，是典型的热固性弹性体。
如下图所示，热固性橡胶硫化或硬化时，相邻的分子会形成交联，形成复杂的互联网络。这些交联键防止每个分子链滑动，从而防止加热过程中的塑性流动。如果在交联过程完成后热固性弹性体被过度加热，聚合物将降解而不是熔化。这种情况有点类似于煮鸡蛋:进一步加热不能使鸡蛋恢复液态，只能使其烧焦。
如何决定加工方法
热塑性弹性体可以反复加工，这决定了它相对于热固性橡胶的主要优势。下表显示了它们之间在处理上的其他主要差异。
来源:罗伯特·埃勒协会
与热固性橡胶相比，热塑性弹性体具有以下优点:
灵活的设计。
制造成本更低。
加工周期短。
很少或不需要混合。
废料可以完全回收。
该产品性能稳定。
可以使用吹塑成型。
可以使用热成型。
低能耗。
加工过程简单。
产品质量易于控制。
产品密度范围广。
最终工件的平均成本较低。
更有利于环境保护。
收缩如何影响TPE？
收缩性
当热塑性弹性体从熔融状态开始冷却时，其分子将相互对齐，从而缩小成型工件的整体尺寸。虽然这种收缩通常只有千分之几英寸之内，但它会显著影响工件的成型和脱模以及成品工件的外观。
如果收缩不均匀，应该是平的工件可能会弯曲或翘曲。此外，在对允许误差有严格要求的应用中，意外收缩可能会影响某个零件与整个组件之间的匹配。
由于这些原因，在生产过程中必须考虑收缩。
工件脱模
当工件含有型芯或雕刻空时，随着弹性体的收缩，会紧紧包裹住模具的这些部位，使工件难以脱模。模具设计、模具表面光洁度和加工条件可以减少这种影响，甚至使自动脱模成为可能。
成型条件
成型条件会显著影响收缩的程度和性质。如果从高应力状态迅速转变为低应力状态，收缩程度会增加。工件的快速冷却和高注射速度或压力也会影响收缩。设计考虑
考虑到收缩，模具必须加工成略大于工件所需的尺寸。通常，实际收缩值只有在特定工件成型时才能知道。所以，提前保守总是最好的。如果可能，可以使用原型模具。
如同弹性体的各种其他性质一样，收缩倾向于随着聚合物流动的方向而变化。浇口的位置将决定熔体流入模具的方向，从而决定收缩率。此外，一些TPE比其他TPE更具各向异性，这意味着它们在一个方向上的收缩可能比在另一个方向上的收缩更多。设计模具时必须考虑这个因素。
