弹性体
弹性体：泛指在除去外力后能恢复原状的材料，然而具有弹性的材料并不一定是弹性体。弹性体只是在弱应力下形变显着，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。热塑性弹性体是弹性体一类重要组成，两种概念不可混为一谈。弹性体是一种性能独特的人造热可塑性弹性体，具有非常广泛的用途。
基本介绍
弹性体是一种性能独特的人造热可塑性弹性体，具有非常广泛的用途。良好的外观质感，触感温和，易着色，色调均一，稳定；耐一般化学品（水、酸、碱、醇类溶剂）；无需硫化即具有传统硫化橡胶之特性，节省硫化剂及促进剂等辅助原料。弱点：不耐高温，高温下绝缘性能变差、外形改变。
首先根据美国测量与材料协会（ASTM）颁布的ASTM D1566-07a标准，“Standard Terminology Relating to Rubber（橡胶相关标准术语学）”来辨析一下这两个词的定义及其涵盖范围。
发展历史
下面再简单介绍一下橡胶、弹性体这些词产生的历史背景。考古研究表明橡胶这种材料3500年前就被人类做成皮筋用来将石斧和手柄绑扎在一起、制成小球、实心或空心的人形小雕像（G. Heinrich, et al. Reinforcement of elastomers. Current Opinion in Solid State and Materials Science 6 (2002) 195–203）。因橡胶这种材料是从南美洲橡胶树割开树皮流出的白色浆液得到的被当地土著人称为“Cahuchu”，意为“树之眼泪”。
1493-1496年克里斯托弗·哥伦布第二次来到南美洲，发现海地土著人用橡胶制成的小球具有高弹性，将其作为奇珍带回了欧洲。后来人们发现这些橡胶球能够擦除铅笔的痕迹，就给这种材料命名为“擦子”，英文就是“Rubber”了（英文“Rub”就是擦除擦掉的意思）。这是的rubber就是指天然橡胶了。1839年美国人固特异发明了橡胶的硫化，就是使线形的橡胶大分子被交联成三维网络结构（不溶解可熔融）工艺方法，从而奠定了近代橡胶加工工业的基础。
后来在研究天然橡胶分子结构的基础上，人类又相继发明了很多种聚合物与天然橡胶具有类似的高弹性，但是硫化工艺还是这些聚合物在加工中不可或缺的独特工艺，因而也称它们为橡胶，但在橡胶前加“合成”以与从天然植物中获得的橡胶相区别。
但是在上个世纪70年代，出现了一种不需硫化而只需用简单塑料工艺即可加工的具有橡胶弹性的热塑性高分子材料，其分子结构和加工工艺特征与天然橡胶和合成橡胶有明显的不同，再使用橡胶来命名已经不合适了。为了与一般的塑性体相区分，人们将这类高分子材料称为”elastomer”中文就是弹性体了。
“elasticity和elastic”在英文中就是弹性和有弹性的意思。后来弹性体的含义在学术界得到了不断的扩展。在上个世纪九十年代，弹性体指热塑性弹性体和不能用硫黄硫化的各种特殊饱和橡胶（于清溪。橡胶原材料手册。化学工业出版社）。目前“弹性体”更扩展为具有弹性的聚合物的总称。
分类介绍
弹性体分类
根据弹性体是否可塑化可以分为热固性弹性体，热塑性弹性体二大类。热固性弹性体，这也就是传统意义的橡胶（Rubber），热塑性弹性体（Thermoplastic elastomer），缩写为TPE，为上世纪90年代开始逐渐被越来越多的商业化应用。这个分类同样也说明了这二类弹性体加工所采用的是二种不同的方式：橡胶用热固性设备加工，TPE采用热塑性设备加工。
由以上的传统历史背景所知，目前尤其在国内当谈到弹性体的时候，所指的通常是热塑性弹性体，而并不包含橡胶的含义，这也影响到了一些具体的技术交流。但随着时间的推移，以及一些国外书籍的引入，将改变大家约定俗成的观念。（弹性体手册（第二版）吴棣华等译）
弹性体按材质分类
弹性体按照原料组成分类如下：
1. 传统橡胶（Rubber）：
1.1 不饱和橡胶
天然橡胶 Natural rubber (NR)
异戊橡胶 Synthetic polyisoprene (IR)
顺丁橡胶 Polybutadiene (BR)
丁苯橡胶 苯乙烯butadiene Rubber (copolymer of 聚苯乙烯 and polybutadiene, SBR)
丁睛橡胶Nitrile rubber (copolymer of polybutadiene and 丙烯腈, NBR)
1.2 饱和橡胶
丁基橡胶 Isobutylene 2-甲基-1，3-丁二烯 Rubber (IIR) 或 Butyl Rubber
卤化丁基橡胶 Halogenated butyl rubbers (氯化丁基橡胶chloro isobutylene isoprene rubber: CIIR; 溴化丁基橡胶bromo isobutylene isoprene rubber: BIIR)
二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶 EPM (乙烯 propylene rubber, a copolymer of ethylene and propylene) and EPDM rubber (ethylene propylene diene rubber, a terpolymer of ethylene, propylene and a diene-component)
聚丙烯酸橡胶 Polyacrylic rubber (ACM, ABR)
硅橡胶 Silicone rubber (SI, Q, MVQ)
硅橡胶 Fluorosilicone Rubber (FVMQ)
氟橡胶 Fluoroelastomers (FKM, and FEPM)
氯磺化聚乙烯 Chlorosulfonated 聚乙烯 (CSM), (Hypalon)
氢化丁睛橡胶 Hydrogenated Nitrile Rubbers (HNBR)
2. 热塑性弹性体（TPE）：
热塑性聚烯烃弹性体 Thermoplastic Elastomer-Olefine (TPE-O, TEO)
热塑性苯乙烯类弹性体 Styrenic thermoplastic elastomer (TES, TPE-S)
聚氨酯类热塑性弹性体 Themoplastic Polyurethane elastomer (TPE-U, 热塑性聚氨酯)
聚酯类热塑性弹性体 Thermoplastic polyester elastomer (TPE-E, TEEE)
聚酰胺热塑性弹性体 Polyamide thermoplastic elastomer (TPE-A)
含卤素热塑性弹性体 Thermoplastic Halogenated elastomer
离子型热塑性弹性体 Ionic thermoplastic elastomer
乙烯共聚物热塑性弹性体 Ethylene copolymer thermoplastic elastomer) (EVA)
1,2聚丁二烯热塑性弹性体 Thermplastic 1,2-poly-butadiene elastomer
反式2-甲基-1，3-丁二烯热塑性弹性体 Thermoplastictrans-polyisoprene elastomer
熔融加工型热塑性弹性体 Melt Processible thermoplastic elastomer (商品名Alcryn)
热塑性硫化胶 Themoplastic Vulcanizates (TPV)
热塑性弹性体
热塑性弹性体（thermoplastic elastomer，TPE）的定义为：在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材料。因此，这类聚合物兼有热塑性橡胶和热塑性塑料的某些特点。热塑性弹性体高分子链的基本结构特点是它同时串联或接枝某些化学组成不同的塑料段（硬段）和橡胶段（软段）。硬段间的作用力足以凝集成微区（如玻璃化微区或结晶微区），形成分子间的物理“交联”。软段则是自有旋转能力较大的高端性链段。
热塑性弹性体是弹性体一类重要组成。常见的有如下几种：
苯乙烯类热塑性弹性体
苯乙烯类嵌段共聚物型热塑性弹性体是最早研究的热塑性弹性体，主要包括SBS、氢化SBS(SEBS)、sis 和氢化SIS 等，是目前世界上产量最大、发展最快的一种热塑性弹性体。从应用角度来看，苯乙烯类热塑性弹性体最令人感兴趣的是室温下的性能与硫化橡胶相似，另外其弹性模量异常高，并且不随相对分子质量变化。苯乙烯类热塑性弹性体凭借其强度高、柔软、具有橡胶弹性、永久变形小的特点，在制鞋业、塑料改性、沥青改性、防水涂料、液封材料、电线、电缆、汽车部件、医疗器械部件、家用电器、办公自动化和胶粘剂等方面具有广泛的应用。SBS 和SIS 的最大问题是不耐热，使用温度一般不超过80℃。同时，其强伸性、耐候性、耐油性、耐磨性能等也都无法同橡胶相比。其改性后的氢化SBS（SEBS）和氢化sis，在实际应用中的性能远高于普通的线型和星型SBS,使用温度可达130℃,尤其是具有优异的耐臭氧、耐氧化、耐紫外线和耐天候性能，在非动态用途方面可与乙丙橡胶媲美。
聚氨酯类热塑性弹性体
聚氨酯类热塑性弹性体（热塑性聚氨酯）一般是由平均相对分子质量为600～4000 的长链多元醇（聚醚多元醇或聚酯）和相对分子质量为61～400 的扩链剂及多异氰酸酯加成聚合的线性高分子材料。TPU 大分子主链中长链多元醇（聚醚或聚酯）构成软段，主要控制其低温性能、耐溶剂性和耐候性，而扩链剂及多异酸酯构成硬段。由于硬、软段的配比可以在很大范围内调整，因此所得到的热塑性聚氨酯既可以是柔软的弹性体，又可以是脆性的高模量塑料，也可制成薄膜、纤维，是TPE 中唯一能够做到的品种。
热塑性聚氨酯 具有极好的耐磨性、耐油性和耐寒性，对氧、臭氧和辐射等都有足够的抵抗能力，同时作为弹性体具有很高的拉伸强度和断裂伸长率，还兼具压缩永久变形小、承载能力大等优良性能。TPU已在国民经济的许多领域如制鞋行业、医疗卫生、服装面料和国防用品等行业得到了广泛的应用，但其缺点是耐老化性差、湿表面摩擦系数低、容易打滑。而且TPU 具有强极性，在加工过程中，当剪切作用强烈时，内部易发热，从而发生降解，其熔体粘度对温度依赖性强，较小的温度变化就能引起其粘度的急剧变化，因而加工温度范围窄，再加之成本较高，价格昂贵，进一步限制了TPU 的推广应用。
聚烯烃类热塑性弹性体
聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）主要包括嵌段共聚物、接枝共聚物和共混物3 种类型，其中采用茂金属合成的聚烯烃热塑性弹性体乙烯—辛烯共聚物（POE）和动态硫化法制备的热塑性动态硫化胶是两种主要的聚烯烃类热塑性弹性体。
1．茂金属聚烯烃弹性体乙烯—辛烯共聚物茂金属催化剂与一般传统的Ziegler-Natta 催化剂相比，具有理想的单一活性中心，因而能精密控制相对分子质量分布、共聚单体含量及其在主链上的分布和结晶结构。合成的聚合物是高立构规整聚合物，相对分子质量分布很窄，从而能准确控制聚合物的物理机械性能和加工性能。采用茂金属合成的聚烯烃热塑性弹性体乙烯—辛烯共聚物（POE）一方面有很窄的分子量和短支链分布，因而具有优异的物理机械性能(高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能，又由于其分子链是饱和的，所含叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热化和抗紫外线性能。POE 的热稳定性、光学性能及抗干裂性能优于EVA，耐气候老化性优于SBS，脆化温度低于－76℃，在低温下仍有较好的韧性和延展性，POE 剪切性好，有利于高速挤出和模塑，很少或不需增塑剂，使用寿命长。POE 可以用过氧化物、硅烷和辐射方法交联，交联后材料的物理机械性能、耐化学试剂及耐臭氧性能与EPDM 接近；耐热老化及抗紫外线老化性能优于EPDM 和EPM，因此POE 更适合于户外使用，并且POE 的热压缩永久变形比EPDM 小。POE 作为改性剂，既可以改性橡胶，也可以改性塑料。由于POE 的加工温度较低，因而与非极性橡胶，特别是EPR、EPDM、NR、SBR 及BR 等的混合较为容易。POE 的最大应用还是在塑料制品上。用POE 改性PP，对其缺口冲击强度提高很大；将马来酸酐接枝POE 后的弹性体用来改性PA6，可使材料的吸湿性减小、冲击强度大幅提高。
2.热塑性动态硫化橡胶采用动态硫化法制得的热塑性弹性体称为热塑性硫化橡胶（TPV）。TPV 是热塑性弹性体(TPE)的一种特殊类型，与具有弹性的嵌段共聚物不同，而是由弹性体—热塑性聚合物共混物的协同作用生成，具有比简单共混物更好的性质。制备热塑性硫化橡胶的关键技术是动态硫化技术，这一技术的进步之一是采用低成本的现有加工方法，通过将现有的聚合物进行共混来制备新产品。与传统的、资金投入强度高的生产新材料的工艺相比，该工艺还能满足对大型聚合装置的环保要求。TPV 技术的另一些优于作为热塑性弹性体来源的嵌段共聚物的地方是：上限使用温度高、耐烃类介质和压缩永久变形小。
聚酰胺类热塑性弹性体
聚胺类热塑性弹性体（TPEA）是由高熔点结晶性聚酰胺硬度和非结晶性聚酯或聚醚多元醇软缎组成
。根据聚酰胺热塑性弹性体合成所需的原料, 其合成方法可以分为二元酸法和异氰酸酯法。采用二元酸法, T PAE 是由端羧基脂肪族聚酰胺嵌段与端羟基聚醚二元醇通过酯化反应制备的。异氰酸酯法是以半芳酰胺为硬段, 脂肪族聚酯、聚醚或聚碳酸酯作为软段。采用异氰酸酯法, 半芳酰胺硬段是由芳香族二异氰酸酯与二元羧酸反应得到的, 而不是由传统的二元胺与二元酸进行聚合、环内酰胺的开环聚合或者二元胺与二元酰氯反应等方法来制备。与之相比, 前者避免了芳香族二元胺活性较低、芳香族环内酰胺单体很难得到和反应释放出腐蚀性的氯化氢等问题。
参考资料
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