热塑性弹性体手册第二版.docx

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1、著 译Second Edition热塑性弹性体手册(原著第二版)(捷克)乔治德罗布尼 (Jiri George Drobny)游长江Handhook ofThermoplasticElastomersSecond Edition热塑性弹性体手册(原著第二版)(捷克)乔治德罗布尼 著(Jiri GeorgPbny长江译北京 热 塑 性 弹 性 体 手 册习 前 言热塑性弹性体手册的第 一版于2007年出版。从那时起，热塑性弹性体(TPEs) 行 业发生了巨大变化，许多新技术已经涌现，新产品和新应用已经被开发和商业化， 一些产品 已经停产， 一些公司被出售、购买、重组或更名。热塑性弹性体产品在过去

2、几年以年均4% 的速度增长，而且增长速度不断提高，未来将达到5.5%以上。热塑性弹性体(TPEs) 行业的动态增长是各种因素作用的结果，包括市场全球化、经 济转型、行业内部竞争日益激化。创新的增长速度令人吃惊，例如在第一版发布的40个美 国 TPEs 技术专利，大约是四个月的时间(2006年10月初至2007年1月底)。而后来，仅 一 个多月的时间内(2013年11月中旬至2013年12月中旬)就发布了相同数量的美国 专利。显然，所有这些变化和发展都必须体现在此版本的书中。本书在各章中作了许多改动和 扩充，特别是在新产品和新应用方面。在附录2中添加或更改了几家公司。附录5中的产品 及其性能已大

3、大修改和扩充。此外，词汇表已修订和扩充，并添加了新的缩略语和首字母缩 略词，修改或更换了几个插图和表格。这些改动和扩充的一个非常重要的来源是会议、研讨 会(包括网络研讨会)上收到的信息，以及同事、学生、客户和各种研讨会与培训会的参加 者对作者进行的反馈。特别鸣谢 TPE Magazine International 杂志总编辑 Stephanie Wachbuschsch 博士的 持续支持和鼓励。Robert Eller Associates 总裁 Bob Eller 审阅了原稿的部分内容，并提供了有价值的评语和建议。Elsevier 的 Sina Ebnesajjad 博士、Matthew

4、Deans 和 DavidJackson 自始至终对手稿的准备工作给予了非常有力的帮助和鼓舞，也值得特别感谢。最 后，要特别称赞 Elsevier的 Jason Mitchell 及其制作团队，使本著作能圆满完成。Jiri G.Drobny麦立马加，新罕布什尔州和布拉格，捷克共和国 2013年12月本书总结了热塑性弹性体(TPEs) 的化学合成、加工工艺、力学性能等基础知识及 TPEs 的应用。绪言(第1章)涵盖了适用于所有 TPEs 的一些普通理论，如橡胶弹性原理、嵌段共聚 物的相结构和相分离的热力学原理，还介绍了 TPEs 合成的一般方法、TPEs 的分类，以及 与常规硫化橡胶材料相比TP

5、Es 的优缺点。绪言之后，介绍了 TPEs 的简要历史，并且单列 一章论述热塑性塑料的常用添加剂。TPEs 通常采用的加工方法在第4章有相当全面的论述。该章将对读者有所帮助，因为 在阅读关于个别热塑性弹性体的加工部分以及要了解具体加工过程更详细的信息时，可参见 提供的参考文献。在某些情况下，个别 TPEs 的工艺条件在相应的章节内。大多数商业 TPEs 的补充工艺数据在附录4中。由于 TPEs 数量众多，涉及的化学品种类繁多，设置不同章节描述各种 TPEs 是非常有 必要的，内容包含每一类 TPEs 的工业制造过程、性能、加工方法和条件。而TPEs 的应用 单列一章，包括每类 TPEs 应用的

6、大量插图。本书的重要组成部分是为加工厂家和这些材料用户提供的有用的工程数据。我们力图尽 可能多地把这些内容包括在内，主要制造商提供的最新信息列在各自的附录中。应该指出的 是，大量不同等级的 TPEs 不断发展，目前一些等级的 TPEs 也在更换，因此我们的数据表 只能包括有限数量的信息。然而，即使信息数量有限，它们也将成为读者的宝贵资源。附录包括参考文献，主要制造商名单和相应的商业名称、ISO 命名和最近的专利，最后 是一个相当全面的词汇表。为了使本书对世界各地的读者都适用， SI单位和美国普遍使用的单位都尽可能并列使用。本书的实践多于理论，目的是提供有用的参考文献和资源，为进入该领域的人员提

7、供基 础知识，并为已经参与聚合、加工和零件制造的人员提供最新的参考文献。本书也为最终用 户提供丰富的资源，以及成为专门从事聚合物科学和技术或材料科学研究的学生的综合性教 科书。每章的末尾列出进一步深入研究该学科的详细参考文献。参考文献、主要研讨会和关 于热塑性弹性体的主要评论文件列于附录1。在此，感谢 William Andrew Publishing 团队，特别感谢 Sina Ebnesajad 博士、 Valerie Haynes 博士、Betty Leahy、Martin Scrivener 和 Millicent Treloar 帮助我圆满完 成本书。罗厄尔马萨诸塞大学的 Geoffr

8、ey Holden 博士、Nick Schott教授，布拉格技术大 学的 Vratislav Duchacek 教授和斯洛伐克科学院的 lvan Chodak 博士在编写本书期间提 供了有益的意见。Jiri G.Drobny麦立马加，新罕布什尔州和布拉格，捷克共和国2006年11 月热 塑 性 弹 性 体 手 册习 目 录第 1 章 绪 言1.1 弹性和弹性体 0011.2 热塑性弹性体 0021.2.1 相结构 0021.2.2 热塑性弹性体的合成方法 0031.2.3 相分离 0041.2.4 热塑性弹性体的分类 0051.2.5 热塑性弹性体的优缺点 0061.2.6 热塑性弹性体的需求

9、及其增长 007参考文献010第 2 章 热塑性弹性体发展简史参考文献013第 3 章 添 加 剂3.1 抗氧剂 0153.2 光稳定剂 0163.2.1 UV吸收剂0163.2.2 猝灭剂 0163.2.3 自由基消除剂 0163.2.4 紫外光稳定性的评价 0163.3 成核剂 0173.4 阻燃剂 0173.5 着色剂 0193.5.1 着色剂的光学性能 0193.5.2 着色剂的特性 0203.5.3 无机颜料 0203.5.4 有机颜料 0213.5.5 特效颜料 0213.5.6 着色剂形式 0213.6 抗静电剂 0223.6.1 抗静电剂的类型 0223.6.2 导电材料 02

10、23.7 爽滑剂 0233.8 防粘剂 0233.9 加工助剂 0233.10 填料和补强剂0233.10.1 立方填料和球形填料 0243.10.2 片状填料0253.10.3 纤维填料0253.10.4 纳米填料0263.11 增塑剂0263.11.1 增塑剂种类 0263.11.2 增塑剂的混合方法 0273.12 其他添加剂 0273.13 添加剂的选择 0283.14 健康、卫生和安全 029参考文献 030第 4章 热塑性弹性体加工方法4.1 概述 0334.1.1 性能对加工的影响 0334.1.2 预处理 0384.2 混合和共混 0404.2.1 混合的基本概念 0414.2

11、.2 聚合物共混物 0434.2.3 混合设备 0444.2.4 给料和进料设备 0514.2.5 修整工序 0524.3 挤出 0554.3.1 挤出工艺的基础 0564.3.2 挤出机 0564.3.3 挤出过程控制 0694.4 注射成型 0704.4.1 一般注意事项 0704.4.2 基本技术 0714.4.3 工艺过程 0714.4.4 注射成型机械 0714.4.5 注塑模具 0774.4.6 注射成型进料系统 0814.4.7 注塑模具特点 0864.4.8 注塑机各部件所用材料 0894.4.9 部件尺寸稳定性 0904.5 模压成型 0924.5.1 模压模具类型 0934

12、.5.2 模压成型机 0944.5.3 热塑性树脂的模压成型 0954.6 传递模塑 0954.6.1 背景 0964.6.2 传递模塑成型 0974.6.3 柱塞式成型工艺 0984.6.4 螺杆式传递模塑 0984.6.5 传递模具的种类 0984.6.6 热塑性弹性体的传递模塑 1014.7 吹塑成型 1024.7.1 吹塑成型工艺 1034.7.2 挤出吹塑成型 1054.7.3 注坯吹塑成型 1074.7.4 拉伸吹塑成型 1074.7.5 浸渍吹塑成型 1084.7.6 多模吹塑成型 1094.7.7 共挤吹塑技术 1094.7.8 连续挤出 1094.7.9 吹塑模具 1104.

13、7.10 吹塑零件实例 1124.8 滚塑成型 1124.8.1 背景 1134.8.2 基本工艺技术 1144.8.3 滚塑成型设备 1154.8.4 设备和工艺设计 1174.8.5 滚塑工艺的操作 1194.8.6 旋转过程 1234.8.7 聚合物熔融和部件形成 1244.8.8 故障排除 1254.8.9 结论 1254.9 热塑性树脂的发泡 1264.9.1 引言 1264.9.2 背景 1264.9.3 发泡技术 1264.9.4 发泡工艺 1294.10 热成型 1304.10.1 工艺基础 1304.10.2 加工的影响因素 1314.11 压延 1344.12 二次成型过程

14、 1354.12.1 膜和片材定向 1354.12.2 焊接 1384.12.3 胶黏剂黏结 1464.12.4 机械紧固1524.12.5 装饰 1524.12.6 交联 1554.13 热塑性弹性体通用加工技术 1554.13.1 热塑性弹性体的配合 1554.13.2 注射成型 1564.13.3 包覆成型 1574.14 过程仿真 1574.15 3D打印 1584.16 产品开发与测试 158参考文献 159第 5 章 苯 乙 烯 类 嵌 段 共 聚 物5.1 概述 1665.2 聚苯乙烯-聚二烯嵌段共聚物 1675.2.1 聚苯乙烯-聚二烯嵌段共聚物的合成 1675.2.2 聚苯乙

15、烯-聚二烯嵌段共聚物的形态 1695.2.3 相畴形成的临界分子量 1695.2.4 聚苯乙烯-聚二烯嵌段共聚物的性能 1705.2.5 苯乙烯热塑性弹性体配制 1735.2.6 配合 1745.2.7 苯乙烯类嵌段共聚物的混合物的加工 1765.3 通过碳阳离子聚合合成苯乙烯嵌段共聚物 1785.3.1 聚合过程 1795.3.2 S-IB-S 嵌段共聚物的性能 1795.4 新产品开发 181参考文献 182第 6 章动态硫化热塑性弹性体6.1 概述 1856.2 动态硫化过程 1866.3 动态硫化制备的共混物的性能 1876.3.1 三元乙丙胶-聚烯烃共混物热塑性硫化胶 1876.3.

16、2 二烯橡胶和聚烯烃的热塑性硫化胶 1886.3.3 基于丁基橡胶、卤化丁基橡胶和 PP 树脂的热塑性硫化胶 1896.3.4 丁二烯-丙烯腈橡胶和聚酰胺制备的热塑性硫化橡胶 1906.3.5 基于聚丙烯酸酯橡胶和聚酰胺的 TPVs 1916.4 热塑性硫化胶的加工和制造 1916.4.1 流变性 1916.4.2 挤出成型 1926.4.3 注射成型 1926.4.4 模压成型 1936.4.5 吹塑 1936.4.6 热成型 1946.4.7 压延 1946.4.8 挤塑发泡 1946.4.9 TPVs 的粘接 1946.5 新产品开发 195参考文献 196第 7 章聚烯烃类热塑性弹性体

17、7.1 引言 1987.2 热塑性聚烯烃共混物 1987.3 形态 2007.4 热塑性聚烯烃的性能 2007.4.1 热塑性聚烯烃的力学性能 2007.4.2 使用温度 2017.4.3 耐候性 2027.4.4 耐化学品性 2027.4.5 粘接 2027.4.6 电性能 2027.5 热塑性聚烯烃的加工 2037.5.1 注塑 2037.5.2 挤出 2047.5.3 其他加工方法 2057.6 热塑性聚烯烃喷涂 2057.7 新产品开发 206参考文献 207第 8 章 含卤素聚烯烃热塑性弹性体8.1 概述 2098.2 聚氯乙烯/丁腈橡胶共混物 2098.2.1 熔融混炼和加工 21

18、08.2.2 物理机械性能 2108.2.3 其他性能 2118.3 聚氯乙烯与其他弹性体的共混物 2118.3.1 聚氯乙烯/COPEs 共混物 2118.3.2 聚氯乙烯/热塑性聚氨酯弹性体共混物 2128.4 可熔融加工橡胶 2138.4.1 物理机械性能 2138.4.2 耐化学性 2158.4.3 耐候和阻燃 2158.4.4 电性能 2168.4.5 MPR 的等级 2168.4.6 MPR 与其他聚合物的共混物 2178.4.7 加工 2178.5 热塑性氟碳弹性体 2218.6 新产品开发 221参考文献 222第 9 章 热塑性聚氨酯弹性体9.1 概述 2249.2 热塑性聚

19、氨酯弹性体合成 2259.2.1 软段原材料 2259.2.2 硬段原材料 2269.2.3 其他原材料 2269.3 形态 2279.4 热转变 2289.5 性能 2289.5.1 力学性能 2289.5.2 热性能 2319.5.3 水解稳定性 2329.5.4 耐化学性 2329.5.5 耐磨耗性能 2329.5.6 紫外光稳定性 2339.5.7 电性能 2339.6 聚氨酯热塑性弹性体的加工 2349.6.1 聚氨酯热塑性弹性体的流变 2349.6.2 干燥 2349.6.3 注塑 2369.6.4 挤出 2389.6.5 压延 2399.6.6 吹塑 2399.6.7 热成型 2

20、399.7 TPU 与其他聚合物的共混物 2399.8 粘接与熔接 2409.8.1 热熔接与密封 2409.8.2 溶剂和胶黏剂粘接 2409.9 在 T P U s中使用生物基原料 2419.10 新产品开发 241参考文献 241第 1 0 章聚酰胺类热塑性弹性体10.1 概述 24510.2 合成 24510.2.1 PEAs 、PEEAs 和 PCEAs 的合成 24610.2.2 PE- b -As 的合成 24610.2.3 其他热塑性聚酰胺弹性体的合成 24710.3 形态 24710.4 结构-性能关系 24810.5 物理机械性能 24910.5.1 拉伸性能 24910.

21、5.2 高温性能 25010.5.3 撕裂强度 25110.5.4 耐磨耗 25310.5.5 压缩永久变形 25310.5.6 耐屈挠性 25410.6 耐化学性和耐溶剂性 25410.7 电性能 25410.8 其他性能 25510.8.1 耐候性 25510.8.2 粘接 25510.9 配 合 25510.10 加工 25610.10.1 流变 25610.10.2 干燥 25610.10.3 注塑 25710.10.4 挤出 25810.10.5 其他加工方法 25910.11 粘接与熔接 25910.11.1 粘接 25910.11.2 熔接 25910.12 新产品开发 259参

22、考文献 259第 1 1 章聚醚酯热塑性弹性体11.1 概 述 26211.2 合 成 26211.3 形态 26311.4 商品化 COPEs 的性能 26311.4.1 应力-应变性能 26311.4.2 动态性能 26411.4.3 耐割口增长 26511.4.4 抗冲击性能 26611.4.5 对温度变化的反应 26611.4.6 耐磨耗性能 26611.4.7 电性能 26711.4.8 耐化学性 26711.4.9 其他性能 26811.5 COPE 共混物 26911.5.1 与不同级别 COPE 的共混物 26911.5.2 与其他聚合物的共混物 26911.6 加 工 269

23、11.6.1 概述 26911.6.2 熔融流变 27011.6.3 注塑 27111.6.4 挤出27311.6.5 吹 塑 27511.6.6 熔融流延 27611.6.7 滚塑 27611.6.8 熔接和粘接 27711.6.9 整 理 277参考文献 277第12 章 离聚体型热塑性弹性体12.1 概述 28012.2 合成 28112.3 形态 28112.4 性能和工艺过程 28112.5 应用283参考文献 283第 1 3 章 其 他 热 塑 性 弹 性 体13.1 弹性星形嵌段共聚物 28413.1.1 合成星形共聚物的常用方法 28413.1.2 星形嵌段共聚物的物理性能

24、28513.2 互穿网络型热塑性弹性体 28613.2.1 互穿网络热塑性弹性体的合成 28613.2.2 热塑性 IPNs 的性能与加工 28713.3 基于聚丙烯酸酯的热塑性弹性体 28713.3.1 三嵌段共聚物的合成 28813.3.2 M-B-M三嵌段共聚物 28813.3.3 基于聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯酸叔丁酯的弹性体的合成 28813.3.4 全丙烯酸三嵌段和支化嵌段共聚物的力学性能 288参考文献 288第 1 4 章再生橡胶和塑料类热塑性弹性体14.1 概述 29114.2 EPDM 废料 29114.3 NBR 废料 29214.4 回收橡胶 29214.5 废胶乳 29

25、214.6 废塑料 292参考文献 292第 1 5 章 热 塑 性 弹 性 体 的 应 用15.1 概述 29415.2 苯乙烯类热塑性弹性体的应用 29515.2.1 苯乙烯类热塑性弹性体替代硫化橡胶 29515.2.2 苯乙烯类热塑性弹性体在胶黏剂、密封剂和涂料中的应用29915.2.3 苯乙烯类热塑性弹性体与其他聚合物的共混物 30215.2.4 改性沥青 30215.3 热塑性硫化橡胶的应用30315.3.1 引 言 30315.3.2 热塑性硫化橡胶与热固性橡胶材料的比较 30315.3.3 热塑性硫化橡胶的商业应用 30315.4 热塑性聚烯烃的应用30715.4.1 汽车 30

26、715.4.2 电线电缆 30815.4.3 力学制品30815.4.4 其他应用30815.5 熔融加工橡胶的应用30915.5.1 工业软管 31015.5.2 汽车31015.5.3 电线电缆 31015.5.4 弹性片材 31015.5.5 模塑制品31015.5.6 其他应用31115.6 聚氯乙烯类共混物 31215.6.1 聚氯乙烯-丁腈橡胶共混物 31215.6.2 聚氯乙烯/共聚酯弹性体共混物 31215.6.3 聚氯乙烯-热塑性聚氨酯共混物 31315.7 热塑性聚氨酯的应用31315.7.1 引 言 31315.7.2 商业应用31315.8 热塑性聚醚酯弹性体的应用 3

27、1715.8.1 般性能和加工 31715.8.2 商业应用31715.9 聚酰胺热塑性弹性体的应用 31915.9.1 引 言 31915.9.2 商业应用32015.10 离聚体型热塑性弹性体的应用 32315.10.1 引言 32315.10.2 商业应用 32315.11 其他热塑性弹性体的应用 32415.11.1 星形嵌段共聚物的应用 32415.11.2 热塑性互穿聚合物网络的应用 32415.11.3 特殊共混物和专有胶料的应用 324参考文献 326第 1 6 章热塑性弹性体的回收16.1 概述 33016.2 热塑性弹性体回收方法 330参考文献 331第 1 7 章最新发

28、展趋势17.1 现状 33217.2 热塑性弹性体增长的驱动因素 33217.3 技术发展趋势 33317.3.1 使用生物原料 33317.3.2 TPO单层屋顶膜 33417.3.3 各种 TPEs 发展趋势 33417.4 其他新发展 335参考文献 336附 录附录1 著作和主要综述文献 337附录2 热塑性弹性体及其混合料的主要供应商 338附录3 热塑性弹性体的 ISO 术语 342附录 4 商品热塑性弹性体和混合料的工艺数据 345附录 5 热塑性弹性体及其混合料的商业技术数据表 354附录6 有关 TPE 专利389附录7 绿色化学的十二条原则 391缩写与首字母缩略词第1章

29、绪言1.1 弹性和弹性体橡胶类材料由具有高度柔顺性和运动性的聚合物长链构成。橡胶的分子链可以交联成网 络结构，交联后的橡胶受外力作用发生变形时，具有迅速复原的能力。因为橡胶分子链运动性高，当受到外部应力时，分子链可能会相当快地改变它们的 构象。当分子链连接成网络结构的时候，体系呈现固体的特征，在外部压力下，分子链不能相 对运动。橡胶常常可以拉伸到其原始长度的10倍。除去外力后，又迅速地恢复到其原始尺寸， 基本上没有残留的或不可恢复的应变。当受到外力时，普通的固体，如结晶或玻璃化的材料，两个原子之间的距离可能仅改变 几个埃(符号为A,1A=10-10m), 变形是可以恢复的。在更高的变形下，这种

30、材料会流动 或断裂。橡胶的反应完全是在分子内，即外部施加的力通过链节传递到长链，改变长链的构型， 像弹簧一样对外力做出反应，除去外力后能恢复原状1。高分子量聚合物通过分子相互交织形成缠结参见图1.1 (a), 在本体状态下，具有 特定的分子结构的空间特征。(a) (b)图1 . 1 (a) 高分子量聚合物的缠结和 (b) 通过交联的分子缠结空间特征用缠结点之间的分子量 (M) 表示，几种弹性体分子量 (M) 也见表1.1。因此，即使没有任何永久分子间键，高分子量聚合物熔体也将显示瞬间的橡胶状行为2在交联的弹性体中，这些缠结被永久锁定参见图1.1 (b), 在交联度足够高时，它 们可以视为完全等

31、同于交联键，因此它们有助于该材料的弹性响应。在冷却到足够低的温度 时，热塑性塑料表现出硫化胶的性能。弯曲模量/psi(1psi=6.895kPa)热塑性弹性体手册表1.1 聚合物熔体缠结之间的平均分子量(Me)聚合物平均分子量(M。)聚合物平均分子量(M)聚乙烯4000聚异丁烯17000顺式-1,4-聚丁二烯7000聚二甲基硅氧烷29000顺式-1.4-聚异戊二烯14000聚苯乙烯35000注：数值由黏度测量获得。1.2 热塑性弹性体在上一节中，介绍了物理交联的概念，并提出热可逆交联材料可以作为热塑性塑料来加 工(即可以采用熔融方法加工),而且它们表现出的弹性行为类似硫化或化学交联的传统弹 性

32、体。这些材料代表一大类聚合物，称为热塑性弹性体 (TPEs)。1.2.1 相结构大多数热塑性弹性体基本上属于相分离体系。目前已知唯一例外的是Aleryn (高级聚 合物合金的注册商标),它是一种单相可熔融加工的橡胶 (MPR), 是一类含离子键的聚合 物材料。一般，热塑性弹性体其中一相在室温下是硬而坚实的硬相，而另一相是弹性体(软相)。在 通常情况下，两相通过嵌段或接枝进行化学键合。在其他情况下，相的分散要足够精细3。硬相赋予热塑性弹性体强度，并起物理交联键的作用。没有硬相，弹性体相会在应力下 自由流动，该聚合物实际上无法使用。另外，弹性体相为体系提供了柔顺性和弹性。当硬相 被熔融或溶解在溶剂

33、中时，该材料可以流动，通过常用的加工方法进行加工。在冷却或溶剂 挥发后，硬相变硬，材料恢复其强度和弹性。构成相应相的各聚合物保留它们的大部分特性，因此，每一个相显示其特定的玻璃化转 变温度 (Tg) 或晶体熔融温度 (Tm) 。Tg 和 Tm可用来确定特定弹性体的物理性质的转变点。图 1.2 表示在很宽的温度范围内测量的弯曲模量。有三个不同的区域：在非常低的温度，即在弹性体相的玻璃化转变温度以下，这两个软橡胶相的Tg 温度 硬相的T或Tm图1 . 2 典型的热塑性弹性体的刚性对温度的依赖性(经 Hanser Publishers 许可)002相是硬的，所以材料刚而脆；在弹性体相的玻 璃化转变温度以上，材料变软并具有弹性，类似 传统的硫化橡胶；随着温度的升高，模量保持 相对恒定(该区