熱塑性動態硫化橡膠（TPV）是一種具有獨特結構組成的高性能彈性體， 兼具傳統彈性體優異的回彈性和熱塑性塑料的易回收性， 廣泛應用于汽車配件、電子電器、醫藥及建筑等領域。

TPV 中交聯橡膠為分散相，以微米級橡膠顆粒存在，而熱塑性塑料則為連續相，交聯橡膠的含量高于熱塑性塑料。以TPV 代替傳統橡膠， 在產品的終端應用中最受關注的性能主要是彈性回復性能和拉伸性能。

TPV 類型

動態硫化技術的發展歷程大致可分為3 個階段：19 世紀60年代，動態硫化技術這一概念首次被Gessler提出，他認為可采用此技術制備共混型熱塑性彈性體；19 世紀70 年代初期，Fisher 沿用Gessler的工藝使用三元乙丙橡膠（EPDM）和PP為原料，首次制備出部分硫化的TPV；1980 年， Coran 博士通過探索改進制備手段，首次成功制備出全部硫化的EPDM/PP TPV，得到綜合物理機械性能和加工性能均優異的目標產物，自此，TPV 的工業化生產開始。

此后，在科研和企業界的共同努力下，TPV 開始得到全面快速發展，TPV 家族亦不斷壯大。不同品種的橡膠與不同類型的塑料，經過不同工藝手段，制備出多種可應用于諸多領域的TPV。與此同時，為了滿足下游應用端的特殊使用要求，各種導電型、阻燃型、耐油型等功能型TPV 也應運而生。

1、通用型TPV

自1980年Monsanto 公司的Coran 博士選用EPDM 和PP 作為基材成功制備出TPV，并將其實現工業化。1985 年， 該公司又成功開發出商品名為Geolast 的熱塑性彈性體， 采用增容技術，使用丁腈橡膠（NBR）和PP作為基材。無獨有偶，日本Zeon 公司也在同年成功開發出商品名為Elaster 的新型TPV，所用橡膠基材和Geolast 相同，塑料基材則用PVC 替代。此后，TPV 研究領域持續活躍，動態硫化技術經過不斷的完善和升級， 新型TPV 也相繼問世。

目前，大部分通用型TPV 選用的橡膠和塑料基材仍為EPDM 和PP， 硫化體系一般以硫黃硫化體系、酚醛樹脂硫化體系或過氧化物硫化體系為主，橡膠與塑料的比例為50/50～80/20，所得產品兼具優良的加工流動性和橡膠熵彈性，以及目前高度倡導的綠色環保和可回收性。

2、功能型TPV

隨著科技的發展進步，下游應用對TPV 產品提出更高的性能需求，普通的通用型TPV 已經不能滿足耐油、導電、阻燃等高端應用領域的需求，開發功能性TPV 成為研究熱點。

導電型TPV

2010 年，以EPDM 和PP為基材，以炭黑填充改性TPV 制得復合材料，將該復合材料與填充炭黑的PP 混合材料對比，結果發現這種復合材料導電性能突出，電導率變化非同尋常，這種特殊的電性能使其在許多領域具有潛在的應用價值。2015 年研究學者繼續以低熔點合金填充改性PE，再將具有納米尺度的橡膠粒子與之共混而制備出導電型全硫化TPV，在大幅度改善材料導電性能的同時，還降低了導電填料的含量。2016 年以酚醛樹脂為硫化劑、全同立構PP 和EPDM 為基材，同樣以炭黑進行填充改性， 專家學者研究了EPDM 交聯程度對復合材料導電性能的影響。結果發現，在一定范圍內交聯程度和導電滲濾閾值成反比，超過此范圍后電滲閾值保持不變。此項研究為實現TPV 復合材料的電性能控制和雙網絡的形成提供了有效的制備策略和研究基礎，并且可以方便地引入工業應用。

耐油型TPV

耐油型TPV 最早由DuPont 公司開發，橡膠基材為乙烯-丙烯酸酯橡膠（AEM），塑料基體為熱塑性聚醚酯彈性體（TPEE），該TPV 材料集中了AEM 和TPEE 的優點，兼具優異的耐油性能和耐熱氧老化性能，廣泛應用于汽車配件領域。

阻燃型TPV

阻燃型TPV 的塑料基體主要是石油基塑料，在國內，有較多研究團隊對TPV 的阻燃性能進行了大量深入的系統化研究，實驗結果（氫氧化鎂、阻燃劑添加改性）均證明改性TPV阻燃性能好，TPV 的最高氧指數達32%。

制備技術

TPV 的制備設備主要有雙輥筒煉塑機、帶有轉子的密煉機和雙螺桿擠出設備。TPV 的制備需要高溫和高剪切力的環境，因此共混設備須滿足相應的工藝條件。雙輥筒煉塑機可以用于生膠的塑煉和混煉。諸多研究人員在使用熱輥開煉機制備TPV 時，發現此工藝主要有2 個缺點：（1）混煉時剪切作用力的速率較低，導致材料的綜合性能變差；（2）使用開煉機時，設備生產效率低，人工勞動強度大，生產操作環境差，同時制品的性能取決于操作者的熟練程度。較開煉機而言，密煉機和雙螺桿擠出機的最大優點是可較精確調控溫度和剪切力，且調節范圍大，因而所得制品具有更好的綜合性能。

密煉機動態硫化技術

密煉機可直接、快速、精準控制制備工藝，并可為工藝改進提供依據和途徑，其溫度和剪切力均可在一定范圍內調控。因此，制備TPV 時可在精確的溫度和可變的剪切力下進行，以達到最適合的試煉條件，而開煉機則不具備此項優點。同時， 密煉機在加工過程中可以提供混煉功率曲線，通過曲線的變化可直觀地了解橡膠基材與塑料基材共混與否、混合的程度及橡膠的交聯程度等。此外，使用密煉機還可以預測混煉膠的質量、黏度及分散度。但是，目前國內所用的大部分密煉機在轉速和溫度控制方面均處于較低水平，部分所需較高溫度或轉速等加工條件的TPV 不可用密煉機來加工制備；另一方面，密煉機的轉子與側壁之間有縫隙，這使得基材在共混時容易鉆入，鉆入的混煉膠會發生靜態硫化而形成交聯網絡， 難以被粉碎成納米級橡膠顆粒， 從而導致TPV 出現表面不光滑的現象。

雙螺桿擠出動態硫化技術

雙螺桿擠出機對溫度的調控較為精確，從而可實現對TPV 加工工藝的精確控制。雙螺桿擠出機可分段調節不同機筒位置的溫度，從而在加工過程中可以分別設定橡塑基料熔融共混時的溫度、橡膠相硫化時的溫度及分散成橡膠微粒的溫度，所得TPV 性能更加穩定。另外，雙螺桿擠出機螺桿的轉速基本都能達到200 r/min，可確保產生比密煉機更強的剪切力， 從而縮小橡膠顆粒粒徑， 使得橡膠顆粒更加均勻地分散于塑料基體，形成穩定的“海–島”結構，進一步提高TPV 的流動性能。此技術所選用螺桿的長徑比一般最小為20/1。此外，TPV 具有輕微的吸濕特性，進行干燥處理時需多加注意。國內外的一些研究團隊對TPV 的制備工藝進行了大量的研究， 主要包括物料添加順序、動態硫化溫度及剪切速率等工藝條件對TPV 性能的影響。

應用領域

與簡單橡塑混合物相比，TPV 中的橡膠相交聯形成三維網絡結構，其彈性、拉伸性能、熱穩定性及結晶性均有明顯的改善。可用于制備TPV 的橡膠品種有EPDM、BR、NR、NBR、ACM、IIR 及SBR 等， 塑料品種則有PP、PA、PVC、PE、PLA 及POE 等。根據不同應用領域的性能需求，目前，共有75 種TPV 相繼問世。TPV 所應用的領域中以汽車行業所占份額最大，其次為電子電器行業和建筑行業，其他行業的應用相對較少。

汽車行業

在汽車配件領域，TPV 的市場潛力巨大，正在大幅度地取代傳統的熱固性硫化橡膠，其具有質輕、低價、壽命長、可回收的特點，因此相比于傳統硫化橡膠，TPV 在汽車的密封系統、發動機系統、剎車系統及消音系統方面存在著巨大的優勢。用于汽車配件的傳統熱固性橡膠以EPDM為主，目前以EPDM 和PP 為基材的TPV 在諸多方面較EPDM 都具有明顯的優勢。這是由于EPDM 生產環境惡劣， 橡膠硫化設備成本高且生產勞動強度大，同時傳統熱固性硫化膠以黑色產品為主，著色相對較難，而TPV 易于著色，生產效率高、周期短，無明顯廢料，屬環境友好材料。因此，應汽車向高性能高質量高壽命方向發展以及循環利用的生態發展要求，TPV 是目前發展狀況下最好的選擇。目前，在各種汽車配件中，需求量最大的制品是汽車密封條，具體種類為EPDM/PP型TPV，據不完全統計，每年汽車密封條TPV 材料消費量約為100 kt。

電子電器行業

電線電纜行業所需原材料須具有優良的耐候性能、耐腐蝕性能、耐磨性能及耐臭氧老化性能，而TPV 則完全滿足以上諸多要求，且TPV 相比于熱固性橡膠更易著色，老化后材料的拉伸性能保持率更高，同時TPV 即使在潮濕的環境下電絕緣性仍能保持在很高的水準。再者，TPV 還具有非常好的密封性，且價格低廉，可用于制造模壓電器配件、特殊電插座等。此外，TPV 可用來做耳機線的接頭和外皮、電池護套和電子變壓器的外殼護套，甚至還可用來制備采礦業中的電力設施及船舶和核電站設施中的電力電纜線的絕緣層。目前，TPV 在國內電線電纜領域的消費潛力巨大，需求量亦相當可觀。每年用于生產電線電纜的聚合物高達幾百萬噸，若采用TPV 作為專用材料，可以實現擠塑生產，從而提高生產效率和產品質量。

 建筑行業

在建筑行業，TPV 已經成為建筑門窗、玻璃密封、供排水管密封件、大型建筑伸縮縫隙膠、屋頂防水和止水、水灌系統控制閥門等的理想首選材料， 其原因在于TPV 具有多方面的優良特性，如具有良好的耐候性、耐腐蝕性、密封性和耐疲勞性，使用壽命長，且在低溫（-60 ℃）下可保持柔韌性而確保其正常使用。此外，在加工成型方面TPV 的優勢也遠超傳統的熱固性橡膠，由于TPV的伸長形變小，相對尺寸更加穩定，安裝時可采用快速熱火的焊接方式，無需注射焊接機和黏合劑，可節約時間和成本，同時TPV 易于著色，適宜于制作任意顏色的產品。

其他行業

在其他領域，TPV 占比較大的為食品包裝領域，這是由于TPV 的耐化學腐蝕性和耐高溫性能良好，不易拉伸及壓縮變形，從而可確保食品的安全性。同時，因其良好的密封性，TPV 亦可作為各種飲品包裝的最佳選擇。在醫療材料領域，由于新型TPV 不含有害成分和易致過敏成分，用其替代傳統的熱固性硫化硅橡膠可大幅降低生產成本， 如美國AES 公司生產的牌號為Trefsin 的TPV 可專用于制造醫療器材。此外，由于TPV產品外觀精美、易于著色，同樣可用于生產辦公文具、體育器材等產品。

展望

TPV 在全球范圍內正在迅速發展，目前已成為高分子材料行業中備受關注的新型材料，被稱為第3 代橡膠，其優點突出，缺點也需不斷改進。在國內，TPV 的年需求量也在日益增加，已成為橡膠行業的研究熱點。為滿足國內市場對TPV 的需求， 提高中國TPV 材料的國際競爭力，早日開發出高端化和具有特殊用途的系列TPV 材料，在該領域亟需解決如下4 個重大問題：（1）探究TPV 微觀結構、使用性能和加工性能的關系，實現其結構–性能的可預測化；（2）解決其流動性能差的難題， 逐步完善相關的流動理論；（3） 建立可用于指導其生產及應用的理論體系；（4）加快工業化開發進度，深入系統地研究其工業化生產工藝。

參考文獻：《熱塑性動態硫化橡膠研究及應用進展》