TPE新材料应用技术及前景

TPE新材料应用技术及前景

发布时间：2021-11-08T07:22:36.153Z 来源：《中国电业》2021年第17期作者：赵燕第一作者梁宇彤第二作者[导读] TPE材料具有环保、无毒，耐低温、而且质量轻、易加工、柔软富有弹性等诸多优良特点

赵燕第一作者梁宇彤第二作者

第一作者：广州恒星传导科技股份有限公司

第二作者：广东省电线电缆行业协会

摘要：TPE材料具有环保、无毒，耐低温、而且质量轻、易加工、柔软富有弹性等诸多优良特点，并具有优良的着色性，触感柔软，耐候性，抗疲劳性和耐温性，加工性能优越，无须硫化，加工效率高于橡胶，可以循环使用，有效降低成本；其性能兼具塑料和橡胶特性的热塑性弹性体材料，TPE材料将是未来在电线电缆应用领域替代PVC及橡胶材料的必然；市场前景朝阳。

关键词：TPE、PVC、橡胶材料、作用、变革

1引言

目前，大部分电线电缆产品是采用PVC材料作为绝缘和外被护层；PVC原料资源丰富、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，其密度为1.36左右，是目前世界上仅次于聚乙烯的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。PVC软胶是粉末状聚氯乙烯高分子聚合物，添加增塑剂及其他组分，来提升材料可塑性，PVC软胶的毒性物质主要缘于增塑剂，目前多数PVC胶料仍是采用DOP等邻苯二甲酸盐作为增塑剂，该种材料价格便宜。但DOP被公认为对人体健康危害甚大的材料；科学研究表明，人体吸入和食入DOP后会引起呼吸急促和心率的加快，如人体大量吸收后可能引起中央神经系统的紊乱和肠胃不适，如长期接触，将对男女性自身生理产生影响，甚至造成后代婴儿发育。PVC材料易燃，燃烧时会产生浓雾烟尘，并且伴有毒性气体，不符合环保要求；而环保的PVC配方还不成熟，成本要求也高，在环保方面PVC材料无法和TPE材料比拟。

1.1 PVC材料不具备环保要求

因PVC材料是一种价格比较低廉的高分子化学材质，因其硬度高、惰性不易燃的特性，而被广泛应用于电线电缆行业。如上述，PVC 在配混过程中，是需要大量的添加剂，塑化剂等，这些物质在混配和加工过程中会释放出有毒物质，轻则会对人体皮肤产生刺激，重则对人体的内肾、肝肾等会产生不小的伤害，而且不合格的PVC材质，在高温和紫外线的照射下，会释放出更多对人体有害的物质。从发展趋势上来看，PVC遭淘汰只是时间问题。因此PVC材料的不环保、且有毒性分子材料，已被欧美发达国家限制生产或禁止使用；目前我国，相关法律法规已经开始明令要求，在重要建筑领域，或人员密集聚集区的机场、车站、码头、影剧院、会议大厅等、禁止使用聚氯乙烯(PVC)电线电缆，其行业专家从一开始就在建筑设计配套用电上，采用环保安全的TPE材料的电线电缆产品，做为电器施工布线验收标准来考量，未来将大有采用TPE替代PVC之趋势。特别现代人们办公生活中，我们随身携带的电脑电源、手机适配器、数据连接线等，是人们日常生活必备物品，时常陪伴在人们身边，所以如果我们长期使用PVC材质的上述配品，确实会影响着人们的身体健康：所以说，PVC材料等制品，随着社会的发展将完成其使命，会将逐步退出多个行业的配套市场。

1.2 TPE材料的作用前景

TPE材料具有橡胶的弹性和工程塑料的强度，与橡胶相比，它具有更好的加工性能和更长的使用寿命；与工程塑料相比，同样具有强度高的特点，柔韧性和动态力学性能更好。TPE硬度范围大，结构强度高，弹性好，耐冲击，耐曲挠。TPE材料易与加工，熔融流动性好，熔融状态稳定，收缩率低，结晶速度快。对大多数用途来说，TPEE可以直接使用，若有特殊要求，可添加相应助剂以满足要求。TPE材料主要用于要求减震、耐冲击、耐曲挠、密封性和弹性，耐油、耐化学品并要求足够强度的领域。

目前热塑性弹性体已发展到十几个品种，已取代部分天然橡胶、合成橡胶和塑料，广泛应用于汽车配件（管、带、垫、板等）、建筑业、制鞋、医疗制品、密封制品、包装制品、电线电缆、日常生活制品、玩具、运动器材、五金、电动工具、通讯、电子产品、家用电器、粘合剂及高分子材料改性等。其中汽车用热塑性弹性体是最重要的应用领域，占到三分之一，其次是建筑业、医用和日用生活制品。更重要的是，热塑性弹性体还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、硬度以及适宜多种加工工艺，且具有环保性等优势，为产品设计师提供了巨大的发挥空间，这无疑对创新产品，提升产品价值，引领市场潮流提供了巨大的帮助。由于TPE优异的再利用性以及聚氯乙烯(PVＣ）等面对越来越严重的环保问题，近来热塑性弹性体倍受关注，应用显着增长。例如，随着美国和欧洲汽车产量的增加，以及中国及亚太地区工业的迅速发展，TPE应用日益扩大。近年来增长强劲的动态硫化热塑性弹性体TPE材料，在汽车制造业市场连续保持年均增长15%以上，作为软PVC和橡胶的新型高性能材料替代品，具有成本和性能上的双重优势。与热塑性弹性体迅速发展形成鲜明对比的是，橡胶和PVC塑料的全球发展速度，已渐渐进入停滞状态，目前橡胶和塑料的年增长率仅１％和２.4%。可以看出，热塑性弹性体发展前景十分朝阳。

2柔性环保TPE材料造粒技术

柔性TPE热塑性弹性体材料，可以直接通过挤出或者注塑成型，无需硫化，边角料可以回收重复使用，且无毒无味。它是由以下重量份的原料制备而成：

SEBS树脂：100份；

白油：100~150份；

聚丙烯：100~400份；

填料:200~400份；

润滑剂：1~3份；

抗氧化助剂:. 2~1份；

耐磨助剂:25~50份。

上述配方柔性TPE热塑性弹性体材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将100份SEBS树脂与100份白油加入到反应釜中，高速混配，时间不小于1h，静置待用；

（2）材料搅拌机中，相继加入定量要求的组份材料：聚丙烯、填料、润滑剂、抗氧化助剂和耐磨助剂，混合搅拌均匀；搅拌捏合混配时间不小于1h。

（3）后取（1）反应釜中的混配物加入搅拌机中进行搅拌捏合混配；混配后的上述原料成为柔性胶体待用，搅拌混配不小于1h。

（4）将混配捏合后的原料胶体（3），放置6~8小时后待用。（5）将混配捏合后放置的6~8小时后的胶体，加入双螺杆挤出造粒，得到柔性TPE热塑性弹性体胶粒材料。所述造粒技术过程：采用双螺杆造粒机；造粒机温度控制见表1

注：1）表中所给数据是针对φ90双螺杆造粒机的温控设置参数，螺杆种类为常规用双螺杆，对于小型挤出机，挤出加工温度应当适当降低5~10℃。

造粒工作原理：工艺流程路线见表2

具体的，上述造粒挤出操作步骤为：

取反应釜中混配好的胶体，加入到造粒机下料口端，经造粒机传动系统，由下料端喂入混配捏合好的胶体；在传动系统旋转作用下，胶体沿着两螺杆间隙，被工作的双螺杆带入到机筒内部，胶体借助于机筒外部的加热控制系统和螺杆转动的剪切挤压作用而熔融；塑化熔融的胶体在旋转运动及推力的作用下，匀速推送到机颈的滤网滤板，熔融的胶体在滤板滤网处受到阻力；由原来的旋转运动，在此处变为直线运动，使得熔融的胶体受塑化的更充分；胶体受直线运动的压力和推力作用，熔融的胶体匀速推送至机头定型的多孔胶条模口，出模口的胶条在牵引绳的牵引下，匀速进入循环冷却水漕冷却固化，固化的胶条随牵引至吹风干燥后，进入定型均衡切粒，切好的绞粒再经除湿烘干，装袋应用，完成整体造粒制备工作。3柔性TPE材料的性能机理

TPE材料兼具塑料和橡胶的特性，被誉为“第三代合成橡胶”。在TPE热塑性弹性体材料，具有环保无毒安全，软硬度范围可控，有优良的着色性，触感柔软，耐候性，抗疲劳性和耐温性，加工性能优越，无须硫化，加工效率高于橡胶，可以循环使用降低成本，既可以二次注塑成型，与PP、PE、PC、PS、ABS等基体材料包覆粘合，也可以单独成型。TPE材料柔性好，环保，可广泛应用于泳镜、高档鞋垫、电线电缆绝缘材料及各种行业的密封胶条等；该种TPE材料是目前世界上产量最大、发展最快的一种可替代PVC、软硫化橡胶材料的环保热塑性弹性体材料。近年来，随着科学技术的发展，TPE材料应用在电线外被及绝缘层的弹性体性能要求逐步提高，该材料在线缆方面的主要为低压或直流，通信等软线应用较为广泛。要求的电性能较低，通常要求与高电压电缆略有不同，主要为耐温等级﹑电性能(介电常数﹑耐电压等级)，力学性能(抗张强度﹑延伸率)，化学性能(耐油)，耐燃等要求。TPE材料具有无卤阻燃和低烟无卤特性，并且可回收、环保、符合ROHS要求、更符合UL要求优异加工性；温度为180~220℃皆可加工，TPE热塑性弹性体不需要硫化，且配套线缆使用可采用普通的押出机就能生产，可以有效节约能源。优异耐热性：耐热性136℃×168hr可通过兼具柔软性及表面平滑性，还有人体兼容性可通过物性测试：如抗张强度测试、伸长率测试、电气性质测试等。