TPU(热塑性聚氨酯弹性体)和 TPV(热塑性硫化橡胶)均为常见的弹性体材料,二者在弹性表现上存在差异,以下从材料结构、弹性特点、影响因素等方面详细分析:
结构特点:TPU 由硬段(如二异氰酸酯与扩链剂反应生成)和软段(如聚醚或聚酯多元醇)组成嵌段共聚物。
弹性原理:软段提供柔韧性和弹性,硬段通过氢键和结晶作用形成物理交联点,赋予材料强度和回弹性。当外力作用时,软段链段伸展,硬段交联点限制分子链滑移;外力去除后,软段链段在熵弹性作用下恢复原状。
结构特点:TPV 是动态硫化工艺制备的热塑性弹性体,由硫化橡胶微粒(如 EPDM)均匀分散在热塑性树脂(如 PP)基体中形成 “海岛结构”。
弹性原理:硫化橡胶微粒作为弹性主体,热塑性树脂作为连续相提供加工流动性。外力作用时,橡胶微粒发生形变,热塑性树脂基体通过分子间作用力限制过度变形;外力去除后,橡胶微粒的交联网络(化学交联)驱动弹性恢复。
TPU:室温下弹性回复率通常在 90%~95% 左右,软段含量越高(如聚醚型 TPU),弹性回复速度越快,滞后损失(形变生热)较小。
TPV:弹性回复率可达 90% 以上,但由于橡胶微粒与树脂基体的界面作用,部分能量会在界面处耗散,回复速度略慢于 TPU,滞后损失相对较高。
TPU:断裂伸长率通常为 400%~800%,甚至更高(如超软 TPU),拉伸时弹性模量较低,手感更柔软,适合需要高延展性的场景(如薄膜、软管)。
TPV:断裂伸长率一般为 300%~600%,拉伸弹性模量较高,手感偏硬挺,更适合需要抗压缩变形和耐候性的场景(如密封件、减震件)。
TPU:高温下(超过 60℃)硬段氢键减弱,弹性会明显下降,耐温范围通常为 - 40℃~80℃(聚酯型)或 - 60℃~120℃(聚醚型)。
TPV:由于橡胶微粒为化学交联结构,高温下弹性保持性更好,耐温范围可达 - 60℃~150℃,长期使用温度比 TPU 高约 30~50℃。
软段类型:聚醚型 TPU 比聚酯型 TPU 耐水解性更好,且低温弹性更优(如 - 40℃下仍保持柔软)。
硬度:邵氏硬度( Shore A)越低(如 60A 以下),软段含量越高,弹性越突出,但强度会下降。
橡胶 / 树脂比例:橡胶含量越高(如 70% 以上),弹性越接近传统橡胶,但加工流动性变差。
硫化程度:动态硫化过程中橡胶的交联密度越高,弹性回复率和抗永久变形能力越强。
TPU 弹性优势场景:
对柔软触感和高弹性要求高的产品,如运动鞋底、瑜伽垫、手机保护套。
需要耐低温弹性的场景(如极地设备密封件)。
TPV 弹性优势场景:
高温环境下的弹性需求(如汽车发动机舱密封件)。
需要抗压缩永久变形的场景(如高压管道密封垫),因化学交联结构更不易蠕变。
单纯比较弹性回复能力:TPU 在室温下的弹性回复速度和初始弹性略优于 TPV,尤其在低硬度、高柔软度场景中更突出。
综合耐候性与耐温性:TPV 的弹性在高温和长期使用中更稳定,适合对环境适应性要求高的场景。
最终选择:需根据具体应用场景的温度范围、力学要求(如拉伸、压缩)、耐介质性等综合判断。若追求极致柔软和初始弹性,TPU 更优;若需要高温弹性保持性和抗变形能力,TPV 更合适。