文章来源：公众号【先进功能材料】

一、什么是热塑性弹性体TPE

热塑性弹性体（TPE）是一类兼具橡胶弹性和塑料塑性的高分子材料，被称为继天然橡胶、合成橡胶之后的“第三代橡胶”。

热塑性弹性体通常由具有结晶或高玻璃化转变温度(Tg )的硬段和具有低Tg 的软段组成，由于热塑性弹性体的硬段和软段的化学组成、物理性能差异较大，因此产生微相分离现象。

其中，硬段间的作用力凝聚成微区（如玻璃化微区或结晶微区）， 形成分子间的物理交联，在常温条件下具有约束大分子和补强的作用；软段则是自由旋转能力较大的高弹性链段，赋予弹性体材料优异的弹性行为。

热塑性弹性体是一种具有热可逆物理交联网络的高分子材料，在高温下硬段失去约束大分子交联结构的能力，跟热塑性树脂一样通过挤出、注塑、吹塑等成型工艺进行加工。而当温度降至常温时，又凝聚恢复“约束作用”，显示出类似硫化胶的弹性、强度和形变特性等力学性能。

合成橡胶的硫化是一个固化过程，是不可逆的化学反应过程，速度比较慢；热塑性弹性体无需硫化过程，通过热可逆的物理交联网络的形成与消失过程进行材料成型加工，赋予材料良好的机械性能和优异的高弹性，因此生产工艺缩短了1/4，能耗减少了25％~40％，生产效率提高了10~20倍，具有优异的可回收性和节能、加工性，是一种可持续的环保型聚合物材料。

二、热塑性弹性体TPE的分类

1. 按照生产方法，TPE可分为化学合成型TPE和共混型TPE。

化学合成型TPE：通常是具有ABA或(AB)n 的嵌段共聚物。其中A指硬段。B指软段。此外还有聚异丁烯-g-聚苯乙烯、乙丙橡胶-g-聚苯乙等接枝共聚物，和反1, 4-聚异戊二烯等均聚物。

共混型TPE：PVC/丁腈橡胶共混物、PVC/共聚酯共混物、PVC/聚氨酯弹性体共混物等共连续相共混物、EPDM/PP热塑性硫化动态胶等动态硫化共混物、聚丙烯/聚碳酸酯二元共聚物等互穿网络型共混物。

2. 按照组成的成分，TPE可分为苯乙烯类TPE(简称TPS)、聚氨酯类TPE(简称TPU)、聚烯烃类TPE(简称TPO)、聚酰胺类TPE(简称TPAE)、聚酯类TPE(简称TPEE)及有机硅、有机氟(简称TPF)、丙烯酸酯类TPE等。

三、烯烃类热塑性弹性体

聚烯烃热塑性弹性体，被定义为聚烯烃半结晶热塑性塑料与无定形弹性体组成的材料。它们具有橡胶状特性，可以通过普通的热塑性加工设备加工成熔体。

聚烯烃热塑性弹性体，与其他TPE一样，是由塑料相和橡胶相组成的高性能聚烯烃弹性体。塑料相主要有等规聚丙烯、聚乙烯，橡胶相主要有乙丙橡胶(EPDM)、乙烯-α-烯烃共聚物(POE)、丁腈橡胶(NBR)、丁基橡胶(IIR)等聚合物。

塑性相，由高熔融温度(Tm )的结晶链段组成，同时提供物理交联域以增强抗拉强度；橡胶相，由具有低Tg 的链段组成，其在室温下提供弹性。

与其他热塑性弹性体相比，TPO具有更好的化学稳定性、透明度、可再加工性和电绝缘性，高机械性能、优异的抗压变形、耐老化性能，广泛用于光伏电池、汽车、电 缆等。

聚烯烃类热塑性弹性体(TPE)，可以分为以下几类：

（1）共混型TPE，称为热塑性聚烯烃弹性体，简称TPO；

（2）动态硫化型TPE，即乙烯-丙烯无规共聚物(EPM)或乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)与烯烃的动态硫化共混物，简称TPV；

（3）反应型聚烯烃TPE，主要有乙烯-a-烯烃无规共聚物弹性体POE、乙烯基or丙烯基嵌段共聚物弹性体OBC，等等。

共混型TPE（TPO）

TPO是主要基于乙丙共聚物(EPM或EPDM)和全同立构聚丙烯(iPP)的机械共混物，是通过将硬聚合物和弹性体在高剪切混炼设备如密炼机或连续混炼机(例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机)上混合而制备。

聚丙烯类的热塑性弹性体共混物在商业上是非常受欢迎的，因为聚丙烯成本低、密度低。聚丙烯的结晶结构和相对高的结晶熔点(T=145~165℃)使其具有耐低油、耐溶剂和耐高温性能。

三元乙丙橡胶(EPDM)和EPM弹性体是橡胶相的合理选择，因为它们具有良好的热稳定性和低温柔韧性，并且成本低且与聚丙烯的结构相似。这种相似性也意味着在共混中有良好的相容性。

与EPDM相比，EPM的生产成本更低，因此最终成为几乎专门用于共混物TPE的材料。在EPDM中使用的二烯共聚单体，比乙烯或丙烯贵几倍，仅在TPE弹性体需要硫化时才需要使用。

全同立构聚丙烯(含少量乙烯的均聚物或共聚物)，是硬相畴的优选聚合物。

除了橡胶和聚烯烃之外，还可以使用多种其他成分来配制热塑性聚烯烃(TPO)，包括填料、补强剂、增塑剂、润滑剂、加工助剂、流动改性剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV 吸收剂、着色剂和阻燃剂。

TPO产品具有独特的性能，基本上填补了软橡胶和工程塑料之间的空白。TPO的配制可以将强度和韧性结合起来，也可以有柔软的传统橡胶到具有高冲击强度的硬质产品的感觉。

TPO产品硬度可以从邵尔A70至邵尔D70变化。弯曲模量在6.9~1725MPa的范围内。硬度、弯曲模量、拉伸强度、抗撕裂性和冲击强度将随着特定等级的热塑性聚烯烃而变化。由于技术的发展，相当软的TPO共混物（邵尔A硬度值为35或更小）目前也可获得。

TPO产品使用温度的上限由塑料相的熔点决定。PP均聚物在约160℃下熔融，由其制备的大多数TPO在高达140℃仍保持有用的性能。对于低温性能，较软等级的TPO通常具有低于80℃的脆性温度。

TPO主链中不含不饱和链段，因此暴露于阳光和室外的时候，它们不易受臭氧破坏，并保留原有的物理性能。

动态硫化型TPE（TPV）

动态硫化热塑性弹性体(TPV)，是一类特殊的热塑性弹性体，它是通过将热塑性树脂和弹性体的混合物进行动态硫化制得的。在常温下TPV具有类似于普通橡胶的物理特性，在高温下由于热塑性塑料基体的熔融流动能 表现出很好的重复加工性能，适用于多种成型加工方式。

所谓动态硫化，就是橡胶/弹性体与树脂在共混时，借助硫化剂(交联剂) 在强烈的机械剪切应力作用下进行硫化反应的过程，交联后的橡胶颗粒以较高的质量分数（50%~70%）和细分散的形式（粒径为1~3μm）分散在连续的热塑性基体中。

TPV制备技术的核心内容，即是在足量的硫化(交联)剂和其它助剂条件下，通过熔融共混和高剪切力作用，实现弹性体粒子的“就地”全硫化并形成细小粒子从而稳定地分散于树脂相中,形成“海-岛”结构。

弹性体在与热塑性材料在熔融共混时发生硫化。通过动态硫化制备的热塑性弹性体，通常被称为热塑性硫化橡胶(TPV)。

与共混型TPO相比，由于橡胶组分硫化完全，并均匀地分散在热塑性基体中，TPV的物理机械性能和加工稳定性都有显著的改善。

TPV的性能提高，是许多硫化弹性体颗粒彼此相互作用的结果，在制造成品时形成“网络”。因为这个网络由接触和松散结合的粒子构成，所以它是可逆的，当熔体经过再加工或磨碎时，材料再次变得可熔融处理。

最早商业化的热塑性弹性体出现于20世纪50年代，真正的动态全硫化技术由孟山都公司于1975提出并首先实现商业化。

在技术上，最广泛应用的TPV共混物，是动态硫化的三元乙丙胶(EPDM)与聚烯烃树脂的共混物。在汽车工业、生活消费品、电子电器、建筑行业等重要领域获得巨大应用，成为TPV家族中的主导材料。

乙烯-α-烯烃共聚物（POE）

聚烯烃弹性体POE是美国Dow化学公司以茂金属为催化剂生产的具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的无规共聚型热塑性弹性体，兼有橡胶的高弹性和塑料的热塑性。

POE是一种乙烯、α-烯烃两种单体的无规共聚物，一般在POE中α-烯烃作为第二种单体的含量不低于20%。高比例的α-烯烃是POE优异性能的必要条件，一般α-烯烃含量越高，POE力学性能越好，共聚单体支链越长，产品密度降低的效果也越好。工业应用中以乙烯、1-辛烯弹性的综合性能最好，是目前POE的主流产品类型。

在POE的分子结构中，碳-碳主链结晶区(树脂相)起物理交联点的作用，而一定量α-烯烃的引入削弱了碳-碳主链的结晶区，形成了呈现橡胶弹性的无定型区(橡胶相)。聚合物的微观结构决定了其宏观性能，呈现出优异的热塑性弹性体的行为。

在室温或低温状态下，结晶区域得以保存，宏观表现出类似于橡胶的弹性；在高温状态下，结晶区域被熔融破坏，从弹性体被转变为熔融流体，从而容易被挤出加工。与橡胶相比，POE弹性体不需要经过硫化加工即可获得弹性，这种交联结构是可逆的。

比较有代表性的POE产品是Dow化学公司采用INSITE工艺技术推出的茂金属催化乙烯基聚烯烃弹性体，商品名Engage™，是乙烯-辛烯共聚物，共聚单体辛烯含量在20%以上，密度范围0.857~0.885g/cm3。

Engage™弹性体 (POE)，很窄的分子量分布和短支链分布，所以具有优异的物理机械性能（高弹性、高强度和高伸长率）和良好的低温性能。INSITE技术可有效控制在聚合物线型短链支化结构中引入长支链，从而改善POE弹性体的加工流变性能，还可以使POE材料的透明度提高。Engage™弹性体 (POE) 的分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能。

目前，POE产品的主要制造商有陶氏化学公司、美国 埃克森美孚公司、日本三井化学公司、韩国LG化学公司和SK集团。

烯烃嵌段共聚物（OBC）

烯烃嵌段共聚物（Olefin Block Copolymer, OBC），是一种特殊的烯烃嵌段共聚型热塑性弹性体，是由不同烯烃单体组成的聚合物，其分子链上存在两个或多个不同的烯烃单体序列，从而构成独特的“软段”和“硬段”交替排列的嵌段结构。这种结构赋予了烯烃嵌段共聚物高熔点和高弹性的独特的性质，被称为“新一代热塑性橡胶”。

烯烃多嵌段共聚物OBC是Dow化学公司在2005年采用新的链穿梭聚合法在单一的反应容器内进行连续溶液聚合的工艺而制备的聚烯烃热塑性弹性体。该弹性体以乙烯与1-辛烯为原料，通过催化聚合调控聚合物链中辛烯和乙烯的比例，制备出“软段”和“硬段”相互交替排列多嵌段的烯烃共聚物。

由于其具有独特的多嵌段结构，OBC实现弹性与耐温性的良好平衡，具有高熔融温度、高弹性、低玻璃化转变温度、易于加工、结晶速率快、拉伸强度高等优点。这些特性使得OBC在许多性能上超越了其他类型的热塑性弹性体。

OBC的熔融温度比普通的乙烯-辛烯无规共聚物(POE)高出50~60℃，具有更好的耐热化学性及较低的玻璃化转变温度，结晶速率和拉伸应变伸长率高，质轻且回弹性和抗压缩性能好。此外，其压缩永久变形值可与热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和热塑性硫化胶(TPV)相媲美。OBC表现出更高的拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和弹性回复等方面的性能，是苯乙烯嵌段共聚型TPE 的理想的替代材料。

OBC在加工性能上，与烯烃无规共聚物和共混物相比，具有易于加工、刚性韧性平衡的特点。 在外观上，OBC表面光滑，黏性低，触感良好，是一种具有前途的弹性体材料。

烯烃多嵌段共聚物OBC作为一种新型的聚烯烃弹性体材料，表现出优异的性能和独特的商业价值。由于存在可调控的结晶和无定形两种链段，OBC产品综合了高熔融温度和高弹性的双重特点，改善了永久压缩变形性和弹性复原性能，在聚烃弹性体领域具有广阔的应用前景。