[科普中国]-热塑性塑料

热塑性塑料指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。

定义热塑性塑料是一类应用最广的塑料，以热塑性树脂主要成分，并添加各种助剂而配制成塑料。在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，称这种塑料为热塑性塑料。

包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚。1

结构分类热塑性塑料根据性能特点、用途广泛性和成型技术通用性等，可分为通用塑料、工程塑料、特殊塑料等。通用塑料的主要特点：用途广泛、加工方便、综合性能好。如聚乙烯（PE ）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP ）、聚苯乙烯（PS ）、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ABS）又通称为“五大通用塑料”。工程塑料和特殊塑料的特点是：高聚物的某些结构和性能特别突出，或者成型加工技术难度较大等，往往应用于专业工程或特别领域、场合。主要的工程塑料有：尼龙（Nylon )、聚碳酸酯（PC ）、聚氨酯（PU）、聚四氟乙烯（特富龙, PTFE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，特殊塑料如“医用高分子”类的“合成心脏瓣膜”、“人工关节”等。

根据共高聚物的聚集态结构和性能特点又可分为：结晶性塑料和非结晶性塑料两大类。非结晶性塑料又称为无定型塑料。1

TPV热塑性硫化橡胶（英文为Thermoplastic Vulcanizate），简称为TPV，热塑性硫化橡胶的中文简称为热塑性橡胶（英文Thermoplastic Rubber），简称为TPR，但这个名称容易和其它种类的热塑性弹性体（英文为Thermoplastic Elastomer）相混淆在一起，因为通常热塑性弹性体也被大家叫做热塑性橡胶，尤其是苯乙烯类弹性体，目前至少在中国似乎"TPR”已经成为它的专有名称了，一提起TPR，就是指以SBS、SEBS等苯乙烯类弹性体为基料的热塑性弹性体，这与苯乙烯类弹性体在民用以及终端消费品领域中消耗量之大是分不开的。

热塑性硫化橡胶的名称如果再说的详细一点，那应该是热塑性动态硫化橡胶（英文为Thermoplastic Dyamic Vulcanizate），加了“动态”2字是更具体说明了生产这种热塑性硫化橡胶的工艺---动态硫化，这种工艺指在橡胶和热塑性塑料熔融共混过程中使橡胶硫化，当然在橡胶在硫化的同时也不断与热塑性塑料相混合，因此被硫化了的橡胶是作为分散相分布在热塑性塑料连续相中。与之相对应的热塑性静态硫化橡胶，就是指橡胶按传统方法先硫化好，然后通过磨粉设备把硫化好的橡胶磨成粉，最后与熔融的热塑性塑料共混，理论上这种方法也能制得性能优良的TPV，但到目前为止，只是处于实验室阶段。2

组成TPV主要由二部分组成，一是塑料，作为连续相，二是橡胶作为分散相。通常橡胶需要与软化油或增塑剂与之配合。硫化剂和一些辅助助剂也是必不可少的。另外为了降低成本或者提高某方面的性能，一些无机填料会被填加。

许多塑料和橡胶之间可形成TPV，但仅有个别共混物经过动态硫化后具有实用价值，目前商业化的有PP/PE/EPDM，PP/NBR，PP/ACM，PS/SEBS。在化工出版社《热塑性弹性体》一书中对11种橡胶和9种塑料制备的99种橡胶/塑料共混物进行了评论，研究发现，要得到最佳性能的橡胶/热塑性塑料动态硫化共混物，必须满足以下条件：

（1）塑料和橡胶两种聚合物的表面能匹配；

（2）橡胶缠结分子链长度较低；

（3）塑料的结晶度大于15%。当(PA66)塑料与橡胶之间的极性或表面能差别比较大的情况下，添加合适的相容剂，再进行动态硫化，也可以得到性能优良的共混物。

具体性能1、良好的弹性和耐压缩变形性，耐环境、耐老化性相当于三元乙丙橡胶，同时其耐油耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶不相上下。

2、应用温度范围广（– 60—150℃），软硬度应用范围广(25A—54D)，易染色的优点大大提高了制品设计的自由度。

3、优良的加工性能：可用注射、挤出等热塑性塑料的加工方法加工，高效、简单易行，无需增添设备，流动性高、收缩率小。

4、绿色环保，可回收使用，且反复使用六次性能无明显下降，符合欧盟环保要求。

5、比重轻（0.90—0.97），外观质量均匀，表面档次高，手感好。

基于以上性能特点， TPV在广泛的应用领域与传统橡胶材料、其他TPE弹性体（包括TPR\SBS、SEBS、TPU等）材料或PVC等塑料材料相比，在综合性能和综合成本方面都具备一定的替代优势，从而为制品企业在产品创新、提升产品附加值、提高竞争力方面提供了新的选择。

TPV是Thermoplastic Vulcanizate的简称，中文名称为热塑性三元乙丙动态硫化弹性体或热塑性三元乙丙动态硫化橡胶，是高度硫化的三元乙丙橡胶EPDM微粒分散在连续聚丙烯PP相中组成的高分子弹性体材料。TPV常温下的物理性能和功能类似于热固性橡胶，在高温下表现为热塑性塑料的特性，可以快速经济和方便地加工成型。TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶将硫化橡胶材料通过动态硫化使三元乙丙橡胶EPDM以低于2微米尺寸的微粒分散在聚丙烯PP塑料基体中，把橡胶与塑料的特性很好的结合在一起，得到综合性能优异的高性能弹性体材料。

TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶的主要性能：

1、 TPV可在－60℃～135℃温度范围内使用，应用温度范围广泛；

2、 TPV硬度范围在25A～65D之间，可以满足广泛的硬度要求；

3、 TPV具有较好的耐候性，具有优异的抗老化、耐臭氧和耐紫外线性能；

4、 TPV使用时不需要硫化，可直接通过注射、挤出、压延、吹塑等方式加工成型，能缩短加工工艺流程，降低加工成本；

5、 TPV耐环境性能类似三元乙丙橡胶（EPDM），耐油耐溶剂性能与氯丁橡胶类似；

6、 TPV易于焊接、可重复使用、环保无毒。

TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶的主要特点：

1、 优异的抗老化性能和良好的耐候、耐热性能；

2、 优异的抗永久变形性能；

3、 优异的抗张强度、高韧性和高回弹性；

4、 优异的环保性能和可重复使用；

5、 优异的电绝缘性能；

6、 硬度范围广泛；

7、 使用温度范围广泛；

8、 颜色多样化，有全透明、半透明、浅色系列，着色容易，容易加工成型；

9、 可与PP、PA、PC、ABS、PS、PBT、PET等多种材料共注射或挤出成型。

TPV热塑性三元乙丙动态硫化弹性体/橡胶的应用领域：

■汽车工业

1、汽车密封条、密封件系列；

2、汽车防尘罩、挡泥板、通风管、缓冲器、波纹管、进气管等；

3、汽车高压点火线。可耐30-40KV电压，可满足UL94 V0阻燃要求。

■消费用品

1、手动工具、电动工具、除草机等园艺设备的零部件；

2、家用电器上使用的垫片、零件；

3、剪刀、牙刷、鱼竿、运动器材、厨房用品等产品的手柄握把；

4、化妆品、饮料、食品、卫浴用品、医疗用具等产品的各类包装；

5、各种轮子、蜂鸣器、管件、皮带等接头的软质部件。

6、针塞、瓶塞、吸管、套管等软胶件；

7、电筒外壳、儿童玩具、玩具轮胎、高尔夫袋、各类握把等。

■电子电器

1、各种耳机线外皮，耳机线接头；

2、矿山电缆、数控同轴电缆、普通及高档电线电缆绝缘层及护套；

3、电源插座、插头与护套等；

4、电池、无线电话机外壳及电子变压器外壳护套；

5、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。

■交通器材

1、道路、桥梁伸缩缝；

2、道路安全设施、缓冲防撞部件；

3、集装箱密封条。

■建筑建材

1、动力部件密封条

2、建筑伸缩缝、密封条

3、供排水管密封件、水灌系统控制阀等2

TPR热塑性弹性体(Thermoplastic Elastomer-TPE)亦称热塑性橡胶(Thermoplastic Rubber-TPR) 是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性之材料，热塑性弹性体具有多种可能的结构，最根本的一条是需要有至少两个互相分散的聚合物相，在正常使用温度下，一相为流体(使温度高于它的Tg—玻璃化温度)，另一相为固体(使温度低于它的Tg或等于Tg)，并且两相之间存在相互作用。即在常温下显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的高分子材料，具有类似于橡胶的力学性能及使用性能、又能按热塑性塑料进行加工和回收，它在塑料和橡胶之间架起了一座桥梁。因此，热塑性弹性体可象热塑性塑料那样快速、有效的、经济的加工橡胶制品。就加工而言，它是一种塑料；就性质而言，它又是一种橡胶。热可塑性弹性体有许多优于热固性橡胶的特点。 目前，热塑性弹性体尚无统一的命名，习惯以英文字母缩写语TPR表示热塑性橡胶，TPE表示热塑性弹性体，两者在有关资料著作中均有使用。为统一起见，都以TPE或热塑性弹性体称之。目前国内对热塑性苯乙烯--丁二烯嵌段共聚物则称之为SBS(styrene-butadiene-styren block copolymer)，热塑性异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物称为SIS(styrene-isoprene block copolymer)，饱和型SBS则称之为SEBS，即Styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer的缩写，就是苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。其它各类热塑性弹性体均以生产厂家的商品名称称之。我国也采用SBS的代号，表示热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，习惯称为热塑性丁苯橡胶。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。其优良的产品适用性来源于其特殊的分子结构的可调整性和可控制性，从而表现出以下优异的性能：

物理性能优越：良好的外观质感，触感温和，易着色，色调均一，稳定；可调的物性，提供广阔的产品设计空间；力学性能可比硫化橡胶，但无须硫化交联；硬度范围宽阔，自SHORE-A 0度至SHORE-D70度可调；耐拉伸性能优异，抗张强度最高可达十几个Mpa，断裂伸长率最高可达十倍以上；长期耐温可超过70℃，低温环境性能良好，在-60℃温度下仍能保持良好的绕曲性； 良好的电绝缘性及耐电压特性。 具有突出的防滑性能，耐磨性和耐候性能。

化学性能优越：耐一般化学品（水、酸、碱、醇类溶剂）； 可在溶剂中加工，可短期浸泡于溶剂或油中； 无毒性； 良好的抗紫外线辐射及抗氧化性能，可使用于户外环境； 粘结性能好，选用合宜的胶粘技术可直接与真皮合成或人造皮革表面牢固粘合。

生产加工优势：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； 适合注塑成型、压铸成型、热熔和溶解涂层等多种工艺； 边料、余料和废料等可完全回收再利用，且不改变性能，降低浪费； 简化加工工艺，节约加工能耗与设备资源，加工周期短，降低生产成本，提高工效； 加工设备及工艺简单，节省生产空间，降低不合格品率； 产品无毒，无刺激性气味，对环境、设备及人员无伤害； 材料可反复使用，边脚废料可回收，可以说生产中无废料； 加工助剂和配合剂较少，可节省产品质量控制和检测的费用； 产品尺寸精度高、质量更易于控制； 材料比重少，且可调； 可直接与PP、ABS等多种塑料掺混而制成特种塑料合金。

弹性体具有优越的物理、化学性能且易于加工，同时，该产品还具有无毒、无污染并可回收二次加工的环保优势。因此，在众多工业领域被广泛应用，如：玩具、运动器材、鞋材、文具、五金、电动工具、通讯、电子产品、食品和饮料包装、家用电器、厨房用品、医疗器械、汽车、建筑工程、电线电缆等。 更可贵的是，她是引领新产品设计和市场导向的优质材料，——其柔软的质感和可调整的物性、硬度和适宜多种加工工艺且具有环保优势——为广大产品设计师提供了巨大的发挥空间，这无疑对您创新产品，增加价值，引领市场潮流提供了巨大的帮助。3

性能特点一般热塑性塑料中的高聚物分子量可达到几十万到几百万，大分子链长度可达到10-3mm。这些大分子可以是线性的，如LLDPE、HDPE；也可以是支化的，如LDPE。大分子间相互纠缠在一起，呈无序或相对有序排列，形成“聚集态结构”。

当大分子完全无序排列，我们称之为无定型热塑性塑料。如PVC、PC、PMMA等。其性能特点为：透明性好、机械强度较低、柔韧性好。

有部分大分子或大分子部分均匀排列结构的则称之为结晶性热塑性塑料。如LLDPE、POM、尼龙等，其性能特点为：透明性较差、机械强度高、柔韧性较低。

——由于高聚物分子链很长，不能象低分子物质那样可以实现整个分子都进入“结晶区”而达到完全结晶。因此对结晶性热塑性塑料常用“结晶度”来描述其结晶程度（或结晶区域大小）。

无定形热塑料的特征温度是玻璃化温度（Tg），当低于Tg时，高聚物表现为具有“玻璃”特征性能，专业上称之为“玻璃态”，此时的高聚物具备使用功能，而不能被“可塑”性能；当高于Tg时，高聚物则具有较高弹性和一定可塑性特点，同时失去使用功能，专业上称之为“高弹态”。进一步升温后，其弹性失去而完全可塑。因此，其最高使用温度应在Tg以下，而其最低加工温度则应在Tg以上。

结晶性热塑性塑料的特征温度为结晶温度（Tc）。低于Tc时，高聚物表现为质地坚硬，具备使用功能，不可“塑性”加工；高于Tc时高聚物被熔融塑化，失去使用功能，而可塑性加工。

无定形热塑性塑料与结晶性热塑性塑料比较，前者具有三个物性状态，后者则没有“高弹态”，只有两个物性状态。这一点在加工工艺上表现为前者往往使用“渐变型螺杆”，而后者则使用“突变型螺杆”的典型特征。

对结晶性热塑性塑料而言，通常将含有分子链规则排布区域，称之为结晶区。许多结晶性热塑性塑料的结晶度作可以通过将控制成型温度之冷却速度来调整，当冷却速度快时，结晶过程被抑制，最终或获得透明性较好的制品，如PET瓶、透明的PET片材和透明的聚丙烯片材等。1

区分塑料可区分为热固性与热塑性二类，前者无法重新塑造使用，后者可一再重复生产。

热塑性塑料

加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动．冷却变硬的过程是物理变化。

热固性塑料

第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。

热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。酚醛、服醛、三聚氰胺甲醛、环氧、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。

主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在恶劣环境中使用的塑料，大部分是热固性塑料，最常用的应该是炒锅锅把手和高低压电器。1

注意问题影响热塑性塑料成型收缩的因素有：

1、塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应力强，冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显，另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热固性塑料大。

2、塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。

3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。

4、成型条件模具温度高，熔融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高，熔融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性 回跳大，故收缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。

模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸及分布情况，按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。1

常用热塑性塑料一、PP是Polypropylene的英文简写，中文名为聚丙烯。 聚丙烯（PP）的优点：

1、具有优良的力学性能，其强度、弹性都比HDPE高，抗弯曲疲劳性好。

2、具有良好的耐热性，熔点在164-170℃，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，热变形温度通常能达到110℃，脆化温度为-35℃。

3、化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它化学试剂都比较稳定。 4、聚丙燃的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受温度影响。

聚丙烯（PP）的缺点：

1、收缩率大，厚壁制品易凹陷。

2、在低温下，冲击强度较差。

3、静电度高，与铜接触易老化。

4、对紫外线很敏感。

抗冲击改性PP与纯PP对比，其优点在于：

1、冲击强度、韧性和力学模量显著提高，由性能表可以看出，改性后的PP，代表刚性的拉伸强度、弯曲强度和硬度都比纯PP高，而代表韧性的冲击强度也提高，尤其提高了PP的低温脆性。

2、降低了收缩率，有效改善制品的翘曲变形和表面缩陷现象。

3、提高PP的抗老化性，大大增加了制品的使用寿命。

二、HDPE是High Density Polyethylene 的英文简写，中文名为高密度聚乙烯。 高密度聚乙烯(HDPE)的优点：

1、抗冲击性以及耐寒性好，耐抗环境应力开裂。

2、化学稳定性极佳，耐油性好。

3、吸水及微小，透水率低，有机蒸汽的透过率较大。

4、电绝缘性好，在一切频率范围内，介电性能都极其优异。

高密度聚乙烯(HDPE)的缺点：

1、HDPE的使用温度不高，一般在110℃以下。

2、HDPE的耐老化性差，在大气、阳光、氧的作用下，逐渐变脆，力学强度和电性能下降。

3、在成型温度下，会因氧化作用，而引起粘度下降，出现变色，产生条纹。

三、ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene 的英文简写，中文名为丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物。 丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物(ABS)的优点：

1、刚性好，冲击强度高，且在低温时也不会快速下降。

2、耐热性和耐低温性好，耐磨性很高，耐化学药品性，电器性能优良。

3、易于加工，加工尺寸稳定性。

4、表面光泽好，容易涂装、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能。

丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物(ABS)的缺点：

1、ABS在空气中的吸湿性较强，在注塑成型前必须先进行干燥，需将树脂在 70-80°C预干燥4h以上。

2、耐候性差。1

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学