热塑性弹性体依化学组成分为五类.doc

1、熱 塑 性 彈 性 體 依 化 學 組 成 分 為 五 類 : 苯 乙 烯 系 彈 性 體 (styrenic),TPS 聚 烯 烴 系 彈 性 體 (Olefinic),TPO 聚 胺 基 甲 酸 酯 系 彈 性 體 (Urethane),TPU 聚 酯 系 彈 性 體 (Ester),TPEE 聚 蘊 胺 系 彈 性 體 (Arnide),TPAE TPS: 種 類 有 (1)SBS (2)S1S (3)SEBS (4)SEPS SBS 主 要 用 途 在 鞋 底 材 ， SIS 用 在 接 著 劑 。 而 SEBS 及 SEPS 之 用 途 最 為 廣 泛 。SBS, SIS 在 加 工

2、 安 定 性 ， 耐 氧 化 性 ， 耐 候 性 ， 以 及 使 用 溫 度 ， 都 不 及 氫 化 的SEBS, SEPS 優 秀 。 Tm 在 100110 。 最 高 使 用 溫 度 由 硬 質 PS 之 Tg(95105 )決 定 。 最 低 使 用 溫 度 由 軟 質 相 之 Tg 決 定 。 PBD 之 Tg = - 85 PI 之 Tg = -70 EB 之 Tg = -60 所 以 使 用 溫 度 約 -70 100 硬 度 : 由 低 於 shore 40A 55A， 硬 度 800 )， 性 質 之 維 持 較 佳 。 抗 疲 勞 性 較 佳 。 熔 融 物 中 ， 相 之

3、 安 定 性 較 佳 。 EA 的 拉 力 性 質 較 傳 統 橡 膠 的 拉 力 性 質 有 方 向 性 。 一 般 來 說 ， EA 與 其 他 TPE 一樣 ， 最 終 拉 力 強 度 及 伸 長 率 很 明 顯 的 差 異 :垂 直 流 動 方 向 較 高 ， 而 平 行 流 動 方 向 較 低 。尤 其 以 射 出 成 形 加 工 之 非 等 向 性 更 明 顯 。 EA 在 100 的 拉 力 及 模 數 為 室 溫 (25 ) 時 之 4050%, TPO 在 100 的 拉力 及 模 數 為 室 溫 (25 ) 時 之 1525%， 顯 見 EA 二 相 間 之 合 金 效 果

4、 及 協 合 作 用(synergistic interaction)。 相 同 硬 度 下 ， 傳 統 橡 膠 的 拉 力 較 大 ， 而 TPE 較 低 。但 是 此 現 象 重 要 性 不 大 ， 乃 因 為 大 部 分 彈 性 製 品 並 非 在 拉 力 伸 長 極 限 時 使 用 。 二 相 EA 的 機 械 性 質 相 當 優 越 ， 包 括 撕 裂 強 度 ， 拉 伸 變 形 ， 壓 縮 變 形 。 又 耐 疲 勞 性 相當 優 越 ， 也 比 傳 統 橡 膠 優 。 值 得 注 意 的 是 EA 之 壓 縮 變 形 及 耐 疲 勞 性 同 時 優 越 ， 而 傳 統 橡 膠 則

5、 二 者 僅 可 能 有 一 者佳 而 已 。 最 常 見 之 EA: EPDM/PP, NBR/PP,NR/PPO EPDM/PP 的 EA， 使 用 溫 度 範 圍 -60135 。 NR/PP 的 EA， 使 用 溫 度 範 圍 -40100 。 溫 度 下 限 ， 以 橡 膠 之 Tg 為 參 考 指 標 ， 而 溫 度 之 上 限 ， 則 以 整 體 材 料 之 高 溫 耐 氧 化 劣解 性 為 指 標 。 硬 度 : 35A50D。 比 重 : 0.951.30。 特 性 : 耐 水 ， 水 溶 液 及 極 性 溶 劑 。 對 非 極 性 有 機 物 之 耐 性 較 差 ， 性 能

6、 降 低 次 序 :NBR/PP EPDM/PP NR/PP EA 在 非 極 性 液 中 之 膨 潤 一 般 來 說 小 於 同 材 質 熱 固 性 橡 膠 ， 例 如 : NBR/PP 之 EA 耐 油 性 至 少 與 同 樣 含 量 之 NBR 有 一 樣 之 耐 油 性 。 EPDM/PP 之 EA 耐 油 性 比 EPDM 熱 固 性 橡 膠 優 ， 與 Neoprene 有 一 樣 之 耐 油 性 。NR/PP 之 EA 耐 油 性 經 常 比 NR 熱 固 性 橡 膠 佳 。 Reactor made TPO 此 類 TPO 是 最 新 的 TPO， 主 要 是 藉 由 聚 合

7、反 應 時 採 用 新 的 觸 媒 一 Metallocene觸 媒 技 術 發 展 出 多 種 聚 烯 共 聚 物 。 由 於 傳 統 聚 烯 類 聚 合 反 應 都 是 以 所 謂 的 Niegler-Natta 觸 媒 做 反 應 ， 而Metallocene 觸 媒 技 術 的 發 展 ， 將 取 代 傅 統 觸 媒 ， 造 成 了 高 分 子 聚 合 界 很 大 的 震 撼 ，因 此 全 球 各 大 公 司 莫 不 花 費 鉅 額 投 資 金 額 朝 此 方 向 做 競 賽 。 更 因 為 所 聚 合 出 的 共 聚 物 ，有 些 有 彈 性 體 特 性 ， 更 是 使 大 公 司

8、朝 向 Metallocene 技 術 發 展 做 方 向 。 最 先 的 Reactor-made TPO 由 Exxon 1984 年 在 美 國 的 專 利 先 存 檔 ， 之 後 許 多 公司 也 陸 續 發 展 出 來 。 大 體 上 ， 都 先 由 Metallocene 觸 媒 來 反 應HDPE, LDPE, LLDPE, 例 如 Exxon 的 Exceed 就 是 m-LLDPE， 之 後 又 有Exact， 號 稱 Plastomer。 又 如 Dow 的 Affinity 出 來 之 後 又 有 Engage， 號 稱POE (Poly-Olefin-Elastomer

9、)， 都 是 PE 系 統 的 產 物 。 其 他 還 有 挪 威 的 Borealias， 美 國 之 UCC, Ferro, BP Chemical, 另 外 還 有 m-PP 的 是 Hoechst/Exxon, Fina, BASF, Mitsui, Amoco m-PS 的 是Dow/Idemitsu。 主 要 結 構 之 特 點 為 分 子 量 分 佈 窄 。 組 成 分 佈 窄 。 主 要 物 性 之 特 點 為 熔 點 降 低 。 模 數 降 低 。 清 徹 度 (透 明 度 )增 加 。 彈 性 增 加 。 比 重 降 低 。 TPU: 分 為 聚 酯 型 (polyeste

10、r type) 及 聚 醚 型 (polyether type)， 依 軟 質 段 的 化 學 名稱 命 名 。 硬 質 段 影 響 (1)硬 度 (2)模 數 (3)撕 裂 強 度 (4)最 高 使 用 溫 度 。 硬 質 段 對 軟 質 段 之 比例 愈 增 加 ， 上 述 之 機 械 性 質 也 隨 之 增 加 。 軟 質 段 影 響 : (1)彈 性 (2)最 低 使 用 溫 度 之 脆 化 點 。 聚 酯 軟 質 段 較 耐 非 極 性 液 ， 以 及 較 佳 之 撕 裂 強 度 、 耐 摩 性 、 韌 性 。 聚 醚 軟 質 段 較 耐 水 解 ， 水 解 安 定 性 高 。 有

11、較 大 反 彈 性 ， 因 滯 後 現 象 (hysteresis)低 ， 熱 堆 積 (Heat build up) 也 低 。 熱 安 定 性 ， 耐 水 解 安 定 性 均 佳 ， 主 要 就 在 於 聚醚 鏈 段 的 關 係 。 硬 度 : 可 低 至 60A 硬 度 愈 低 ， 相 對 的 (1)拉 力 強 度 (2)模 數 (3)比 重 (4)耐 環 境 性 ， 也 隨 之 降 低 。 比 重 : 1.11.29 TPU 並 沒 有 一 般 TPE 低 比 重 之 優 點 ， 其 比 重 與 含 碳 黑 傅 統 橡 膠 接 近 。 特 性 : TPU 耐 摩 耗 性 及 摩 擦 係

12、 數 低 ， 是 其 他 TPE 無 法 比 擬 的 。 升 高 溫 度 時 ， 由 於 劣解 的 關 係 ， 使 晶 態 改 變 並 且 化 學 性 分 解 。 例 如 l30170 ， 隨 著 溫 度 增 高 ， 性 質 及功 能 降 低 很 少 。 但 是 170 ， 隨 著 溫 度 增 高 ， 性 質 及 功 能 降 低 很 明 顯 。 TPU 本 身 之 極 性 ， 使 其 耐 非 極 性 有 機 物 相 當 優 良 。 例 如 ， 耐 油 ， 燃 料 ， 油 脂 。 耐 一 般脂 肪 族 (Aliphatic) 化 物 均 相 當 優 秀 ， 而 對 芳 香 族 (Aromatic

13、) 之 耐 性 則 稍 減 。 不 耐 極 性 有 機 物 ， 如 DMS (Dimethyl Sulphoxide),DMF (Dimethyl Formamide)。 因 為 這 類 溶 劑 會 侵 蝕 TPU， 是 TPU 很 好 之 溶 劑 。TPU 與 TPEE 一 樣 耐 水 ， 耐 水 溶 液 ， (但 ， 除 了 在 極 高 和 極 低 的 pH 值 例 外 ) 聚 酯 型 TPU 與 TPEE 在 耐 水 性 ， 能 力 相 當 。 聚 醚 型 TPU 較 聚 酯 型 TPU 及 TPEE 更 為 耐 水 解 。 主 要 用 途 ， 取 TPU 之 高 耐 摩 性 和 低 摩

14、 擦 係 數 等 特 點 。 TPEE: 被 認 為 是 工 程 塑 膠 級 彈 性 體 ， 也 就 是 所 謂 軟 的 工 程 塑 膠 。 乃 因 為 其 高 強 度 ， 以 及 具 有 工程 級 功 能 之 化 學 主 鏈 。 硬 度 : 30D (84A)以 上 ， 約 在 40D70D 比 重 : 1.131.25 使 用 溫 度 : -40150 在 升 高 溫 度 至 100150 時 ， 機 械 性 質 之 維 持 仍 相 當 優 越 。 特 性 : TPEE 有 很 好 之 耐 彎 曲 疲 勞 和 耐 蠕 變 形 ， 不 論 在 拉 伸 或 壓 縮 二 方 面 均 佳 。 在

15、彈 性 範 圍 內 (低 變 形 ), TPEE 反 彈 性 相 當 好 。 由 於 低 的 滯 後 現 象 及 低 的 熱 堆 積(heat build up)， 可 應 用 在 很 快 且 重 覆 的 彎 曲 功 能 上 。 TPEE 耐 許 多 液 體 ， 包 括 非 極 性 的 碳 氫 化 物 ， 及 極 性 的 有 機 物 ， 水 溶 液 等 。 但 是 ， 在 強酸 及 強 鹼 中 ， 由 於 主 鏈 上 的 聚 酯 鏈 受 侵 蝕 ， 性 質 會 減 弱 。 若 能 排 除 或 忍 受 TPEE 高 硬 度 ， 高 模 數 ， 及 怕 強 酸 強 鹼 的 本 性 ， 那 麼 TP

16、EE 是 很好 的 TPE 和 軟 的 工 程 塑 膠 。 TPAE: 最 高 性 能 ， 成 本 也 最 高 之 TPE 軟 質 段 ， 可 能 是 聚 酯 (polyester)， 聚 醚 (polyether)， 聚 醚 酯(polyether ester)， 是 決 定 低 溫 特 性 和 耐 溶 劑 性 的 主 要 因 素 。 聚 醚 段 ， 有 較 佳 之 低 溫 性 質 及 耐 水 解 性 。 聚 酯 段 ， 氧 化 安 定 性 佳 ， 耐 溶 劑 。 使 用 溫 度 : -40170 ， 是 所 有 TPE 中 使 用 溫 度 最 高 ， 使 用 溫 度 範 圍 最 廣 者 。

17、 硬 度 : 75A (中 硬 橡 膠 ) 65D (軟 塑 膠 ) 比 重 : 1.01.2 TPAE 比 重 高 低 情 形 : 聚 酯 型 聚 醚 酯 型 聚 醚 型 。 聚 酯 型 ， 在 175 ， 5 天 之 老 化 測 試 ， 物 性 之 維 持 相 當 不 錯 。 但 在 潮 濕 的 高 溫 中 ， 因水 解 的 關 係 ， 物 性 降 低 ， 此 時 可 用 聚 醚 型 較 耐 水 解 ， 使 物 性 保 持 。 TPAE 的 整 體 性 質 ， 主 要 由 硬 質 區 決 定 ， 硬 質 段 的 耐 溶 劑 性 決 定 TPAE 之 耐 溶 劑性 。 因 此 ， 硬 質 段

18、 的 比 例 增 加 ， TPAE 之 耐 溶 劑 性 增 強 ， 硬 度 和 模 數 也 增 加 。 特 性 : 大 部 分 的 TPAE， 耐 碳 氫 化 物 ， 油 ， 燃 料 ， 油 脂 ， 尤 其 是 脂 肪 族 。 又 耐 水 溶 液 ，包 括 稀 酸 稀 鹼 。 這 些 耐 流 體 性 質 在 室 溫 時 都 表 現 不 錯 ， 但 隨 著 溫 度 上 升 ， 耐 性 稍 減 。 TPAE 之 耐 化 學 品 及 耐 高 溫 ( 135 )， 使 其 成 為 矽 橡 膠 ， 甚 至 氟 橡 膠 之 競 爭 對 手 。TPEs Type TPS TPO TPU TPEE 1.2PB PVC比 重 0.951.10 0.89 1.131.26 1.121.19 0.890.92 1.221.32硬 度(shore A/D)30A70A 75A65D 80A60D 90A70D 19D55D 40A70A柔 軟 性 機 械 強度 壓 縮 變形 低 溫 特性 高 溫 特性 耐 候 性 耐 油 性 耐 沸 水性 射 出 成型 押 出 成型