熱塑性彈性體(TPE)的前景展望
熱塑性彈性體既具有熱塑性塑料的加工性能,又具有硫化橡膠的物理性能,可謂是塑料和橡膠優(yōu)點的優(yōu)勢組合。熱塑性彈性體正在大肆占領(lǐng)原本只屬于硫化橡膠的領(lǐng)地。近十馀年來,電子電器、通訊與汽車行業(yè)的快速發(fā)展帶動了熱塑性彈性體市場的高速發(fā)展。
熱塑性彈性體(TPE)具有硫化橡膠的物理機(jī)械性能和熱塑性塑料的工藝加工性能。由于不需經(jīng)過熱硫化,使用通用的塑料加工設(shè)備即可完成產(chǎn)品生產(chǎn)。這一特點使橡膠工業(yè)生產(chǎn)流程縮短了1/4,節(jié)約能耗25%~40%,提高效率10倍~20倍,堪稱橡膠工業(yè)又一次材料和工藝技術(shù)革命。
熱塑性彈性體(TPE)可概括為通用TPE和工程TPE兩個類型,目前已發(fā)展到10大類30多個品種。
世界上已工業(yè)化生產(chǎn)的TPE有:苯乙烯類(SBS、SIS、SEBS、SEPS)、烯烴類(TPO、TPV)、雙烯類(TPB、TPI)、氯乙烯類(TPVC、TCPE)、氨酯類(TPU)、酯類(TPEE)、酰胺類(TPAE)、有機(jī)氟類(TPF)、有機(jī)硅類和乙烯類等,幾乎涵蓋了現(xiàn)在合成橡膠與合成樹脂的所有領(lǐng)域。
現(xiàn)在,TPE以苯乙烯類(TPS)和乙烯類為中心,在世界各地獲得迅速發(fā)展,兩者的消耗量已占到全部TPE市場的80%左右。雙烯類TPE和氯乙烯類TPE也成為通用TPE的重要品種。TPU、TPEE、TPAE、TPF等則轉(zhuǎn)向以工程應(yīng)用為主。
TPE的優(yōu)點主要表現(xiàn)在如下幾個方面:
1. 可用一般的熱塑性塑料成型機(jī)加工,不需要特殊的加工設(shè)備。
2. 生產(chǎn)效率大幅提高?芍苯佑孟鹉z注塑機(jī)硫化,時間由原來的20min左右,縮短到1min以內(nèi);由于需要的硫化時間很短,因此已可用擠出機(jī)直接硫化,生產(chǎn)效率大幅提高。
3. 易于回收利用,降低成本。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料(逸出毛邊、擠出廢膠)和最終出現(xiàn)的廢品,可以直接返回再利用;用過的TPE舊品可以簡單再生之后回收利用,減少環(huán)境污染,擴(kuò)大再生資源來源。
4. 節(jié)能。熱塑性彈性體大多不需要硫化或硫化時間很短,可以有效節(jié)約能源。以高壓軟管生產(chǎn)能耗為例:橡膠為188MJ/kg,TPE為144MJ/kg,可節(jié)能達(dá)25%以上。
5. 應(yīng)用領(lǐng)域更廣。由于TPE兼具橡膠和塑料的優(yōu)點,為橡膠工業(yè)開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。
6. 可用于塑料的增強(qiáng)、增韌改性。自補(bǔ)強(qiáng)性大,配方簡化,配合劑對聚合物的影響制約小,質(zhì)量性能更易掌握。
但TPE的耐熱性不如橡膠,隨著溫度上升而物性下降幅度較大,因而適用范圍受到限制。同時,壓縮變形、彈性回復(fù)、耐久性等同橡膠相比較差,價格上也往往高于同類橡膠。盡管如此,TPE的優(yōu)點仍十分突出,各種新型的TPE產(chǎn)品也不斷開發(fā)出來。作為一種節(jié)能環(huán)保的橡膠新型原料,發(fā)展前景十分看好。
新型TPE技術(shù)的開發(fā)與TPE性能的改善一直是全球研發(fā)的重點。除茂金屬催化的TPO、加氫的SBS和SIS、環(huán)氧化TPE等已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化之外,離聚體TPE、液晶性TPE等也已進(jìn)入工業(yè)化實用階段,砜化TPE、含三嗪TPE等現(xiàn)已取得重大進(jìn)展。DDE與PolyOne公司正在研發(fā)以茂金屬為基礎(chǔ)的烯烴新材料,Zeon與AES公司合作開發(fā)耐高溫TPX,蘇威工程聚合物與TRS公司一起提供更適于汽車用的TPV,GLS與BASF公司研制開發(fā)軟觸摸應(yīng)用的TPE及與其結(jié)合的硬基材。近年來,生物分解性TPE已成為攻關(guān)的熱門話題,世界各國幾乎每年都有新的報道。
從國內(nèi)企業(yè)來看,盡管中國TPE技術(shù)從整體來看還遠(yuǎn)落后于世界發(fā)達(dá)國家,但是近年來也有不同企業(yè)開發(fā)出了各種新型TPE產(chǎn)品。如山東道恩化學(xué)集團(tuán)有限公司實現(xiàn)TPV(熱塑性硫化橡膠)工業(yè)化生產(chǎn),形成年產(chǎn)3000噸規(guī)模;上海聯(lián)海橡塑科技有限公司的微發(fā)泡熱塑性彈性體片材產(chǎn)品成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,已經(jīng)開發(fā)出聚酯醚(TPEE)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚烯烴彈性體PP/EPDM交聯(lián)三種微發(fā)泡片材;中國石化巴陵石化公司合成橡膠廠自主研制開發(fā)出年產(chǎn)300噸SEBS技術(shù),通過了中國石化集團(tuán)公司的技術(shù)鑒定等。這些新技術(shù)的成功開發(fā)與投產(chǎn),將有效緩解高端產(chǎn)品完全依賴國際市場的狀況。
專家分析,今后TPE技術(shù)的開發(fā)將注重以下領(lǐng)域:1.茂金屬催化的新TPE;2.電子射線、放射線后交聯(lián)的高性能TPE;3.異種材料復(fù)合成型以及發(fā)泡成型技術(shù);4. TPE混合物的再生活化技術(shù);5.配方設(shè)計技術(shù);6.用TPE作增溶劑制出新的聚合物混合體――現(xiàn)代煉金術(shù)(Alchemy)等。歸根結(jié)底,這些高新技術(shù)要能生產(chǎn)出高新技術(shù)材料和產(chǎn)品,才具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前途。
TPE在1970年~1990年之間,以年均10%以上的速度飛速發(fā)展,1990年~2000年增速稍緩,為6%。作為一種新型的彈性體材料,TPE具有橡膠塑料雙重性格,在取代部分橡膠的同時也用于塑料改性。
而今,TPE的發(fā)展已極大拓寬了橡膠工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域,同塑料展開了競爭。其應(yīng)用已從制鞋、汽車、建筑、工業(yè)產(chǎn)品,進(jìn)一步擴(kuò)大到電子通訊、醫(yī)療衛(wèi)生以及高新技術(shù)等方面。TPE市場表現(xiàn)出許多新的特點。
汽車和日用品是最大的拉動因素
汽車和日用品消費是拉動熱塑性彈性體消費增長的主要因素。僅以TPO為例,專家預(yù)測,未來5年,TPO在汽車內(nèi)裝飾件上應(yīng)用消費增長率將達(dá)兩位數(shù)。2001年,全球汽車內(nèi)、外裝飾件TPE消費占TPE總量的7%,2005年將提高至15%。預(yù)計2006年TPE在汽車上的用量可達(dá)60萬噸。美國Freedonia公司預(yù)計,在2006年前,由于共聚酯彈性體新型薄膜和片材開發(fā)成功,世界汽車頂蓋用共聚酯彈性體需求年均增幅將達(dá)到8%。