热塑性弹性体TPV结构性能及其在汽车系统的应用

佘庆彦 田洪池 韩吉彬 陈文泉 刘小平

（山东道恩北化弹性体材料，山东龙口 100029）

1 热塑性弹性体的分类

热塑性弹性体(Thermoplastic elastomers，TPE)是一种在常温显示橡胶高弹性，高温下又可进行塑性加工的一类高分子材料，兼有热塑性塑料的加工成型特点和硫化橡胶的弹性，常被人们称为第三代橡胶。与传统的橡胶材料相比，TPE具有可反复成型，边角料和废弃物可回收利用的特点，因此，TPE成为目前进展速度较快的高分子材料品种之一。目前，通过多年的开发，TPE品种得到专门大的丰富。通常，按交联性质的不同，要紧可分为物理交联型和化学交联型两大类；按高分子链结构特点的不同，要紧可分为嵌段聚合物和接枝聚合物两大类；而在商业流通中，适应按其制备生产方法的不同进行分类，要紧分为化学合成法和橡/塑机械共混法两大类（如表1）。

表1 热塑性弹性体（TPE）的种类

聚苯乙烯－弹性体嵌段共聚物SBS、SEBS、SIS 聚酯类 聚氨酯类 嵌段共聚物 多嵌段共聚物 聚酰胺类 聚烯烃类 化学合成法 聚硅氧烷类 氟烯烃共聚物（氟橡胶类） 氯化丁基橡胶－接枝聚苯乙烯类 接枝共聚物 热塑性弹性体 均聚物 聚丁二烯橡胶－接枝聚苯乙烯类 乙丙橡胶－接枝聚苯乙烯类 高1,2－聚丁二烯 反1,4－聚异戊二烯 简单（非硫化）共混法 动态硫化共混法 部分硫化TPO 全硫化 TPV 乙丙橡胶/ 聚丙稀类 机械共混法 二烯烃橡胶/聚烯烃类 NR/PP(PE) SBR(BR)/PP(PE) NBR/PP 非交联型 交联型 NBR/PVC类 离子型 IIR/PP ACM/PP NBR/PA CPE弹性体/树脂类 2 热塑性硫化胶(TPV)的结构及性能特点

热塑性硫化胶（Thermoplastic vulcanizate，TPV）是采纳动态全硫化技术制备的一类共混型热塑性弹性体材料，其中动态全硫化是指第一将热塑性树脂与橡胶熔融共混，然后投入交联剂，橡胶相在强烈的机械剪切作用和交联剂的化学交联作用下，被剪切破裂成大量微米级交联橡胶颗粒，分散在热塑性树脂连续相基体中的过程。因此，TPV的结构特点不同于高分子合成方法制备的热塑性弹性体（如苯乙烯嵌段共聚型TPE），而是具有专门的海-岛相态结构，其结构如图1和图2所示。其结构具有以下特点：（1）橡胶粒子粒径为1~2μm，橡胶粒子的交联密度大于7×10-5mol/ml，粒子内部还含有填充增强剂、增塑剂和其他配合剂。这些数目众多的细小交联橡胶粒子呈分散相存在，且粒子之间应没有化学键接，从而给予了TPV优良的高弹性。（2）少量的塑料相包覆在交联橡胶粒子周围形成连续相，从而给予了TPV优良的热塑流淌性和可反复加工性。

CPE/PVC CPE/PA 填料和增塑剂 交联橡胶粒子 塑料连续相

图2 TPV的扫描电镜照片

图1 TPV结构示意图

上述的专门海-岛相态结构决定了TPV材料具有优良的综合性能，使其成为传统热固性橡胶的一种理想替代材料。与传统热固性橡胶相比，TPV不仅具有热固性橡胶的高弹性和使用性能，而且，打破了热固性橡胶的成型方法和回收方法，可采纳塑料的各种成型方法进行成型价格，且能够方便地进行回收再利用。TPV的性能特点总结如下：（1）兼具热塑性塑料加工便利性和热固性橡胶的高弹性；（2）免硫化，制品成型工艺简单，大大降低了能耗；（3）性能范畴宽广，硬度范畴从邵氏25A~50D，应用温度范畴从-60℃~140℃。低硬度TPV（邵氏A95以下）性能更接近于橡胶，高硬度TPV（邵氏A95以上）性能更接近于韧性塑料；（4）材料可反复回收利用，大大节约了资源，爱护了环境；（5）同物理交联型TPE（如SBS）相比，TPV中的橡胶相属于化学交联，因此TPV具有优良的耐热性能和耐老化性能。此外，TPV制品还具有良好的外观手感及气味。

3 热塑性硫化胶(TPV)在汽车系统的应用 3.1 通用型TPV在汽车系统的应用

TPV的最大应用领域为汽车配件制造行业，汽车配件具有种类多、总量大的特点，而TPV可采纳多种加工手段（如挤出、共挤出、注塑等）来满足不同制品的要求，目前得到广泛应用的要紧为EPDM/PP TPV和NBR/PP TPV两大类。随着汽车向高性能（高速、安全、舒服、节能、环保）、长寿命及轻量化进展，汽车部件专门是汽车密封系统、发动机系统等采纳TPV取代传统的热固性硫化胶的呼声越来越高。TPV在汽车密封系统的应用有挡风玻璃密封条、侧边反射镜的密封、遮阳篷的密封材料等；在汽车发动机系统的应用包括空气通风管、软管、防护罩、防震座垫、轴套等。在其他汽车部件的应用有刹车部件(皮碗、皮圈)和消音部件等。目前，在轿车应用领域，EPDM/PP TPV正以每年16%增长速度取代传统热固性橡胶。

通常，按照国际上通用的部件分类方法，TPV要紧应用范畴要紧有如下几类： 耐候性密封件：包括动态密封件和静态密封件。动态密封件有车门密封、车窗玻璃密封、车灯密封及各种边角的专门密封等；静态密封件有风挡玻璃密封、边窗密封、顶棚密封等。热塑性硫化胶TPV在汽车密封系统的表现如图3所示。

图3 热塑性硫化胶TPV在汽车密封系统的表现

车厢内部件：要紧是轿车车厢内部的各种部件，有各种把手与手柄，如档位手柄、窗户摇柄、门把手等；插头、插座、托盘等。其最大的专门要求是针对产品气味的，因为在车厢内对制件严格要求无味。另外在着色性能上也要求较高。由于制件形状的专门性，多数车厢内部件是通过注塑生产的。

车辆外部件：外部件要紧是指乘客车厢以外的部分所使用的弹性体制件，如油箱密封件，前扰流器、整流罩风门片、后视镜衬垫、车灯密封件、燃油进口盖、挡泥板等。因为大多是户外制件，因此一样对耐候性要求专门高。 3.2 新型功能化TPV在汽车系统的应用

功能化TPV的开发进一步拓展了其在汽车系统领域的应用，也充分表达了TPV材料在汽车系统应用中的优势。目前，我们已成功开发了以下几类产品：

汽车玻璃导槽产品：该密封件要紧在半动态状态下应用，即车窗关闭时密封唇处于抑制状态，而在车窗打开时这抑制状态得以开释直至下一次车窗关闭。该部件可采纳刚性PP作为实心底部（便于装配）与柔软低摩擦覆涂的TPV密封唇进行共挤，制备具有较低滑动系数，无摩擦吱叫声，低硬度、外观漂亮且环保的滑槽涂覆产品。为确保汽车门上的玻璃窗能够顺滑地上下移动，必须在所有动态密封唇使用低摩擦涂层，目前要紧采纳的方案有：利用静电箱进行轴向纤维植绒；喷涂或共挤特种涂泥釉材料。特种涂泥釉材料（低摩擦、滑动涂覆级TPV）的开发显示，在提供优良的耐磨性的同时能够设计最低摩擦系数（COF）。TPV作为汽车密封新材料，还具有其它材料无法相比美的特性，它可通过注塑的手段直截了当与硬质塑料结合在一起，大大节约了传统橡胶制品与硬质塑料粘胶接合时刻和省装配时刻，大大降低了生产成本。

TPV的水发泡技术：该技术被认为最具挑战性的取代应用技术，传统的汽车发泡零部件大多采纳EPDM化学发泡。TPV水发泡的产品具有良好的表面光洁度、低吸水，而且能够在轻、软以及压力变形之间取得最佳成效，并可进行无折痕设计。产品要紧有水发泡行李箱密封条、软发泡密封条、车门发泡海绵等。因此水发泡对设备的要求专门高，价格也专门贵。目前我们差不多开发出化学发泡体系的TPV及其相应的配方体系和工艺，能够实现采纳一般的单螺杆挤动身泡。

汽车高压阻燃点火线产品：目前，我们开发的阻燃级TPV，其阻燃抗电压击穿级别能够达到35KV，阻燃级别为V-0级。由于该类产品可采纳挤出成型加工，使得生产效率得到了极大提高。

4 TPV在工业用品的应用

建筑行业是目前TPV应用中的另一个重要要领域。目前要紧用于以下几个方面：门窗密封部件、高档建筑天顶防水材料、建筑、道路、桥梁伸缩缝、污水管密封等。建筑业之因此选择TPV，要紧有以下几个缘故：①抗压缩变形性，和其他弹性体相比，TPV即使是在高温下也能保持更高百分率的原有形状。TPV具有极低的收缩率，低于一样柔软性的PVC。②抗疲劳性，在门缝及动力密封部位的应用上，TPV在-60℃~100℃下通过上百万次的屈挠也可不能破裂。③低温下的柔韧性，TPV在低于-60℃仍能保持它在动力部件中的柔韧性。这对中国北方建筑有着重要的意义。④极高的UV稳固性，TPV对UV的稳固性（物理机械性能和颜色转变）是其他弹性体不可比美的。⑤优良的装配性，TPV能够实现双硬度的外形及封条角位的热力焊接，TPV还能牢固地粘合于PP和PE等物料上，这可提供一种强大及抗撕裂的粘合作用。

TPV在电子电气领域也得到了广泛的应用，要紧有以下几个方面：电池壳、电线电缆绝缘层及护套，矿山电缆、马达轴、变压器外壳，船舶、矿山、钻井平台、核电站及其它设施的电力电缆线的绝缘层及护套，数控同轴电缆，无线 机外壳，电气脚垫、手把产品，插座、插头等。TPV在电子电气行业的应用要紧有以下优点：①TPV能够挤塑生产，生产效率和产品效率高；②TPV生产数控同轴电缆，尺寸稳固，信号缺失小，传输质量优良；

③TPV的绝缘性能优异；④TPV能够爱护电子产品震动受损。

此外，PP/EPDM TPV密封制品还应用于航运集装箱上，在国际运输使用集装箱密封行业，属行业规定使用的产品。这要紧是因为TPV的使用寿命长，可回收循环使用，对环境友好，综合性能良好，更重要的是TPV动态和静态密封性能优异，能够满足集装箱部件使用环境要求。

5 TPV在消费用品上的应用

目前，TPV在消费用品也得到了广泛的应用，要紧有如下几个领域：剪刀、牙刷、钓鱼竿、运动器材、厨房等用品的把柄，手电筒外壳，儿童玩具、玩具轮胎，高尔夫袋，计量匙握把、耐热玻璃容器盖，键盘，食品、饮料、化妆品、卫生浴用品的包装，医疗用品的包装，手工具、电动工具、除草机及园艺设备，轮子、握把、蜂鸣器、管件、皮带、接头的软质零件，注射针塞、静脉管组件与药瓶塞、奶瓶嘴、奶嘴、心电击器、ECG监视器用电缆套管、雷射手术笔等。消费用品领域之因此越来越多使用TPV，要紧是因为：①能够降低制成部件的成本，TPV密度较轻，每个部件的材料用量可减至30%。此外，TPV加工过程中产生的废料可循环使用。②与部件性能相配的外观，TPV部件外观精美，不发粘、不脆裂，同时具有舒服的手感。③复杂部件设计简单，能够使用多种不同硬度的TPV制备具有在不同部位有不同硬度要求的部件。 6 终止语

总的来说，TPV有着宽敞的应用前景。随着高分子材料加工设备的不断进步和增容技术手段的提高，越来越多的共混体系能够采纳动态硫化技术进行加工，这必将会导致一系列性能优良、成型加工方便、设计灵活的热塑性硫化胶显现，传统的硫化橡胶应用领域将越来越多地被热塑性硫化胶所取代，TPV在工业领域和生活消费领域的应用必将得到更为迅猛的进展。