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TPE 是什么材料?硬度怎么樣?
- 時(shí)間:2025-03-12 09:32:52
- 來(lái)源:立恩實(shí)業(yè)
- 作者:TPE
在探討材料科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中,TPE(Thermoplastic Elastomer,熱塑性彈性體)作為一種獨(dú)特而多功能的材料,近年來(lái)受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用?;蛟S你在日常生活中已經(jīng)接觸過(guò)許多由TPE制成的產(chǎn)品,但對(duì)于這種材料的具體特性和硬度,你可能還心存疑惑。本文將帶你深入了解TPE材料,解答你關(guān)于其硬度的疑問(wèn),并探討TPE在多個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。

文章目錄
一、揭開 TPE 材料的神秘面紗
你或許經(jīng)常聽到 TPE 材料這個(gè)名詞,但它究竟是什么呢?TPE 是熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer)的簡(jiǎn)稱 ,從名字就能看出它具有獨(dú)特的性能。它是一種神奇的高分子材料,兼具塑料和橡膠的特性,在常溫下顯示出橡膠的高彈性,讓你感覺柔軟而富有彈性;而在高溫下又能像塑料一樣塑化成型,方便進(jìn)行各種加工操作。與傳統(tǒng)橡膠不同,TPE 不需要經(jīng)過(guò)硫化這一復(fù)雜的過(guò)程,并且廢料可以重復(fù)加工,這不僅降低了生產(chǎn)成本,還更加環(huán)保,符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的追求。
在材料科學(xué)的發(fā)展歷程中,TPE 材料的出現(xiàn)可以說(shuō)是一次重要的突破。過(guò)去,塑料和橡膠在性能和應(yīng)用上有著明顯的界限,塑料硬度高、剛性強(qiáng),但缺乏彈性;橡膠彈性好,但加工難度大,且難以回收利用。TPE 材料的誕生打破了這種界限,它融合了兩者的優(yōu)點(diǎn),為各個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造帶來(lái)了更多的可能性。如今,TPE 材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)療、玩具、日用品等眾多領(lǐng)域,在我們的日常生活中隨處可見它的身影,比如汽車的內(nèi)飾、手機(jī)的保護(hù)套、兒童玩具、運(yùn)動(dòng)器材等。
二、TPE 材料的結(jié)構(gòu)組成與特性
(一)結(jié)構(gòu)剖析
TPE 材料的結(jié)構(gòu)組成決定了它獨(dú)特的性能,從微觀角度來(lái)看,TPE 主要由呈橡膠態(tài)的軟段和呈玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)的硬段組成 。這兩種不同性質(zhì)的鏈段通過(guò)嵌段共聚的方式,交替連接成大分子。打個(gè)比方,就像是一條項(xiàng)鏈,軟段和硬段分別是不同材質(zhì)的珠子,它們交替排列,共同構(gòu)成了 TPE 的分子結(jié)構(gòu)。
在 TPE 材料中,橡膠態(tài)軟段就像生活中常見的橡皮筋,具有良好的柔韌性和彈性,賦予了 TPE 在常溫下的高彈性,讓它能夠像橡膠一樣被拉伸、彎曲和壓縮,并且在去除外力后恢復(fù)原狀。而玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)硬段則類似于堅(jiān)硬的塑料棒,在常溫下處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài),為材料提供了一定的強(qiáng)度和剛性,使得 TPE 在使用過(guò)程中能夠保持形狀的穩(wěn)定性。
在實(shí)際應(yīng)用中,這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得淋漓盡致。比如汽車的密封膠條,軟段賦予了膠條良好的彈性,能夠緊密貼合各種形狀的縫隙,起到密封和防水的作用;而硬段則保證了膠條在長(zhǎng)期使用過(guò)程中不會(huì)輕易變形,維持其密封性能。在運(yùn)動(dòng)鞋底的應(yīng)用中,軟段提供了舒適的腳感和良好的緩沖性能,讓你在運(yùn)動(dòng)時(shí)感受到柔軟和彈性;硬段則增強(qiáng)了鞋底的耐磨性和支撐性,使鞋底能夠承受較大的壓力和摩擦力,延長(zhǎng)鞋子的使用壽命。
(二)特性概覽
高強(qiáng)度與高回彈性:TPE 材料結(jié)合了橡膠和塑料的優(yōu)點(diǎn),具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的回彈性。它的強(qiáng)度可以滿足許多工程應(yīng)用的要求,在受到外力作用時(shí),能夠承受較大的負(fù)荷而不發(fā)生破裂或變形。而高回彈性則使得 TPE 在變形后能夠迅速恢復(fù)原狀,就像彈簧一樣,這一特性使得它在需要反復(fù)變形的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。在汽車懸掛系統(tǒng)的減震部件中,TPE 能夠有效地吸收震動(dòng)能量,通過(guò)自身的變形和恢復(fù)來(lái)緩沖震動(dòng),為車輛提供平穩(wěn)的行駛體驗(yàn)。
環(huán)保無(wú)毒:隨著人們對(duì)環(huán)保和健康的關(guān)注度不斷提高,TPE 材料的環(huán)保無(wú)毒特性使其在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它不含有害物質(zhì),如重金屬、鄰苯二甲酸鹽等,不會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成危害。在食品包裝、醫(yī)療器械、兒童玩具等對(duì)安全性要求極高的領(lǐng)域,TPE 的環(huán)保無(wú)毒特性使其成為理想的材料選擇。兒童玩具通常會(huì)被孩子放入口中,使用 TPE 材料制作玩具,家長(zhǎng)們可以放心孩子的健康安全。

觸感柔軟:TPE 材料的觸感柔軟,給人一種舒適的感覺。這一特性使得它在與人體接觸的產(chǎn)品中具有很大的優(yōu)勢(shì),比如手機(jī)保護(hù)套、手柄握把等。手機(jī)保護(hù)套采用 TPE 材料,不僅能夠保護(hù)手機(jī)免受碰撞和刮擦,還能提供柔軟舒適的握持感,讓你在使用手機(jī)時(shí)更加舒適。
耐候性:TPE 材料具有良好的耐候性,能夠在不同的氣候條件下保持性能的穩(wěn)定。無(wú)論是高溫、低溫、潮濕還是紫外線照射,TPE 都能抵抗這些環(huán)境因素的影響,不易老化、變質(zhì)。在戶外使用的電線電纜護(hù)套、汽車外部裝飾件等產(chǎn)品中,TPE 的耐候性確保了產(chǎn)品的長(zhǎng)期使用壽命和可靠性。
抗疲勞性:在反復(fù)受力的情況下,TPE 材料表現(xiàn)出出色的抗疲勞性能。它能夠承受多次的拉伸、壓縮、彎曲等循環(huán)載荷而不出現(xiàn)疲勞破壞,這使得它在一些需要長(zhǎng)期使用且頻繁受力的部件中得到廣泛應(yīng)用。在健身器材的手柄和拉力帶中,TPE 能夠承受使用者反復(fù)的抓握和拉伸,不易出現(xiàn)斷裂或損壞,保證了健身器材的使用壽命和安全性。
耐溫性:TPE 材料具有一定的耐溫范圍,不同類型的 TPE 其耐溫性能有所差異,但總體來(lái)說(shuō),它能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)保持性能的穩(wěn)定。在高溫下,TPE 不會(huì)像一些普通塑料那樣軟化變形;在低溫下,也不會(huì)像橡膠那樣變硬變脆。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的零部件中,TPE 需要承受較高的溫度,其良好的耐溫性確保了零部件在高溫環(huán)境下的正常工作。
加工性能優(yōu)越:TPE 材料無(wú)需硫化,這大大簡(jiǎn)化了加工工藝。它可以采用與熱塑性塑料相同的加工方法,如注塑、擠出、吹塑等,加工效率高,生產(chǎn)周期短。這使得 TPE 材料在大規(guī)模生產(chǎn)中具有很大的優(yōu)勢(shì),能夠降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率。而且,TPE 材料在加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢料可以回收再利用,符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
三、TPE 材料的硬度之謎
(一)硬度范圍
你可能會(huì)好奇,TPE 材料到底有多硬呢?實(shí)際上,TPE 材料的硬度范圍非常廣泛,通??梢栽?0 – 100 肖氏 A 之間進(jìn)行調(diào)整 。這意味著它既可以像橡膠一樣柔軟,也可以像某些塑料一樣具有一定的硬度。比如在一些需要柔軟觸感的產(chǎn)品中,如兒童玩具、瑜伽墊等,TPE 材料可以被調(diào)整到較低的硬度,讓你感覺柔軟舒適;而在一些需要承受較大壓力和摩擦力的產(chǎn)品中,如汽車輪胎的防滑墊、工具手柄等,TPE 材料則可以被調(diào)整到較高的硬度,以滿足產(chǎn)品的使用要求。正是因?yàn)?TPE 材料具有如此廣泛的硬度范圍,它才能夠滿足眾多不同行業(yè)和產(chǎn)品的需求。
(二)影響硬度的因素
配方成分:TPE 材料的硬度很大程度上取決于其配方成分 。在配方中,油、聚丙烯(PP)和碳酸鈣等物質(zhì)對(duì)硬度的影響較為顯著。油的加入可以降低 TPE 材料的硬度,使材料更加柔軟。這是因?yàn)橛头肿幽軌虿迦氲?TPE 分子鏈之間,削弱分子鏈之間的相互作用力,從而增加分子鏈的活動(dòng)性,使材料變得柔軟。而增加聚丙烯或碳酸鈣的用量則會(huì)提高 TPE 材料的硬度。聚丙烯是一種剛性較強(qiáng)的塑料,增加其含量可以增強(qiáng) TPE 材料的剛性和硬度;碳酸鈣作為一種常用的填充劑,不僅可以降低材料成本,還能在一定程度上提高材料的硬度。在制作 TPE 鞋底時(shí),如果需要提高鞋底的硬度和耐磨性,就可以適當(dāng)增加聚丙烯或碳酸鈣的用量;而如果想要使鞋底更加柔軟舒適,就可以增加油的用量。
溫度因素:溫度對(duì) TPE 材料的硬度有著明顯的影響 。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn),在冬天,TPE 制品感覺比較硬,而在夏天則感覺相對(duì)較軟。這是因?yàn)?TPE 材料的分子鏈在不同溫度下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同。當(dāng)溫度升高時(shí),分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇,軟段部分的鏈段運(yùn)動(dòng)更加自由,使得整個(gè)分子鏈的柔順性增加,從而導(dǎo)致 TPE 材料的硬度降低;相反,當(dāng)溫度降低時(shí),分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)減緩,軟段部分的鏈段運(yùn)動(dòng)受到限制,使得整個(gè)分子鏈的剛性增強(qiáng),導(dǎo)致 TPE 材料的硬度增加。在寒冷的冬天,汽車的 TPE 密封膠條會(huì)因?yàn)闇囟冉档投冇玻@可能會(huì)影響其密封性能;而在炎熱的夏天,密封膠條則會(huì)相對(duì)變軟,密封性能會(huì)有所改善。在實(shí)際應(yīng)用中,需要充分考慮 TPE 材料在不同溫度下的硬度變化,以確保產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下都能正常使用。
測(cè)量因素:在測(cè)量 TPE 材料的硬度時(shí),試件厚度、讀數(shù)時(shí)間、測(cè)量工具選擇等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響 。標(biāo)準(zhǔn) TPE 原料的試片厚度一般為 6 毫米左右,此時(shí)測(cè)試結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。如果試片偏薄,測(cè)試值會(huì)偏高;試片偏厚,測(cè)試值則會(huì)偏低。這是因?yàn)樵嚻穸炔煌?,硬度?jì)壓頭與試片的接觸面積和受力情況也會(huì)不同,從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的差異。讀數(shù)時(shí)間也很關(guān)鍵,TPE 是彈性材料,會(huì)有變形時(shí)間。部分實(shí)驗(yàn)員習(xí)慣 5 秒內(nèi)讀數(shù),也有些實(shí)驗(yàn)員在 10 – 15 秒后延時(shí)讀數(shù),延時(shí)讀數(shù)測(cè)量的材料硬度比 5 秒內(nèi)即時(shí)讀數(shù)要偏軟。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移,TPE 材料會(huì)發(fā)生一定的蠕變和松弛,導(dǎo)致硬度測(cè)量值發(fā)生變化。測(cè)量?jī)x器的選擇和狀態(tài)也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,如果測(cè)量?jī)x器出現(xiàn)故障,如表盤初始不歸零、壓頭磨損等,就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。在測(cè)量 TPE 材料的硬度時(shí),需要嚴(yán)格控制這些因素,以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
四、TPE 材料與其他材料的硬度大比拼
在材料的選擇過(guò)程中,硬度是一個(gè)關(guān)鍵的考量因素。TPE 材料的硬度特性使其在眾多材料中脫穎而出,那么它與其他常見材料相比,硬度表現(xiàn)如何呢?我們就將 TPE 材料與硅膠、EVA 材料進(jìn)行硬度方面的對(duì)比,讓你更清晰地了解 TPE 材料的硬度特點(diǎn)。
(一)TPE 與硅膠
在材料的大家族中,硅膠也是一種備受關(guān)注的彈性體材料,它和 TPE 在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用,常常被人們拿來(lái)比較。從硬度范圍來(lái)看,硅膠的硬度一般為 0A 至 70A ,而 TPE 的硬度一般為 0A – 100A 這就意味著,TPE 在軟度方面具有更大的優(yōu)勢(shì),能夠滿足一些對(duì)柔軟度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景。比如在制作一些高端的成人用品時(shí),TPE 材料可以被調(diào)整到極低的硬度,提供更加逼真和舒適的觸感,而硅膠在這方面就相對(duì)遜色一些。
從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)看,在兒童玩具領(lǐng)域,TPE 材料憑借其更廣泛的硬度范圍,既可以制作出非常柔軟的玩具部件,讓孩子們?cè)谕嫠r(shí)更加安全舒適;也可以制作出具有一定硬度的玩具結(jié)構(gòu)件,保證玩具的穩(wěn)定性和耐用性。而硅膠雖然也有一定的彈性和柔軟度,但由于其硬度范圍相對(duì)較窄,在一些對(duì)硬度要求多樣化的玩具設(shè)計(jì)中,可能無(wú)法像 TPE 材料那樣靈活滿足需求。
(二)TPE 與 EVA
EVA(乙烯 – 醋酸乙烯共聚物)也是一種常見的熱塑性彈性體材料,在多個(gè)行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。從硬度值對(duì)比來(lái)看,TPE 材料的硬度范圍更廣,涵蓋了從非常柔軟到相對(duì)堅(jiān)硬的多個(gè)等級(jí);而 EVA 材料的硬度范圍相對(duì)較窄,主要集中在中等硬度范圍內(nèi) 。在需要較高或較低硬度的應(yīng)用中,TPE 材料可能更具優(yōu)勢(shì)。比如在制作瑜伽墊時(shí),如果需要柔軟且回彈性好的瑜伽墊,TPE 材料可以通過(guò)調(diào)整配方達(dá)到較低的硬度,提供更好的舒適感和緩沖性能;而如果需要制作具有一定支撐性和耐磨性的瑜伽墊,TPE 材料也可以調(diào)整到較高的硬度來(lái)滿足需求。EVA 材料由于其硬度范圍的限制,在滿足多樣化硬度需求方面就不如 TPE 材料靈活。
在硬度調(diào)節(jié)性方面,TPE 材料具有更好的硬度調(diào)節(jié)性,可以通過(guò)改變配方和加工工藝來(lái)精確控制其硬度 。這使得 TPE 材料在制造過(guò)程中具有更大的靈活性,能夠適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。而 EVA 材料的硬度調(diào)節(jié)性相對(duì)較差,主要依賴于發(fā)泡程度和密度等因素。在生產(chǎn)一些對(duì)硬度要求精確的產(chǎn)品時(shí),TPE 材料能夠更好地滿足生產(chǎn)要求,而 EVA 材料可能會(huì)因?yàn)橛捕日{(diào)節(jié)的局限性,難以達(dá)到理想的硬度值。

五、TPE 材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用與硬度選擇
(一)日用品行業(yè)
在日用品行業(yè),TPE 材料的應(yīng)用十分廣泛,不同的產(chǎn)品對(duì) TPE 材料的硬度有著不同的要求。以牙刷手柄包膠為例,通常會(huì)選用 40 – 60A 硬度的 TPE 材料 。這個(gè)硬度范圍的 TPE 材料既具有一定的柔軟性,能夠提供舒適的握持感,讓你在刷牙時(shí)感覺輕松自在;又具備足夠的強(qiáng)度,能夠承受日常使用中的各種外力,保證牙刷手柄的耐用性。如果 TPE 材料的硬度過(guò)低,手柄可能會(huì)過(guò)于柔軟,容易變形,影響使用體驗(yàn);而硬度過(guò)高,則會(huì)使手柄手感僵硬,不夠舒適。
再比如杯套,一般會(huì)采用 30 – 45A 硬度的 TPE 材料 。這樣的硬度使得杯套能夠緊密貼合杯子,起到良好的防滑和隔熱作用。當(dāng)你手持杯子時(shí),柔軟的杯套可以增加摩擦力,防止杯子滑落;它還能有效地阻擋熱量傳遞,避免燙傷你的手。在炎熱的夏天,你拿著一杯冷飲,杯套的柔軟觸感會(huì)讓你感覺更加清涼舒適;而在寒冷的冬天,它又能為你的手提供一定的溫暖。
(二)電子器材行業(yè)
在電子器材行業(yè),TPE 材料也發(fā)揮著重要的作用。耳機(jī)線通常會(huì)使用 65 – 70A 硬度的 TPE 材料 。這種硬度的 TPE 材料具有良好的柔韌性和耐磨性,能夠適應(yīng)耳機(jī)線在日常使用中頻繁的彎曲和拉伸。它可以讓耳機(jī)線輕松地纏繞在你的手指上,而不會(huì)出現(xiàn)折斷或變形的情況;其耐磨性能也能保證耳機(jī)線在長(zhǎng)期使用后依然保持良好的外觀和性能。如果 TPE 材料的硬度過(guò)低,耳機(jī)線可能會(huì)過(guò)于柔軟,容易打結(jié),影響使用;而硬度過(guò)高,則會(huì)使耳機(jī)線變得僵硬,不方便攜帶和使用。
手機(jī)外殼也是 TPE 材料的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。為了保護(hù)手機(jī)免受碰撞和刮擦,同時(shí)提供良好的握持感,手機(jī)外殼通常會(huì)選用硬度適中的 TPE 材料 。不同品牌和型號(hào)的手機(jī)對(duì) TPE 材料的硬度要求可能會(huì)有所差異,但會(huì)在 50 – 80A 之間進(jìn)行選擇 。這個(gè)硬度范圍的 TPE 材料既能保證手機(jī)外殼具有足夠的強(qiáng)度,有效地保護(hù)手機(jī)內(nèi)部的零部件;又能提供柔軟舒適的握持感,讓你在使用手機(jī)時(shí)更加得心應(yīng)手。有些高端手機(jī)還會(huì)采用特殊配方的 TPE 材料,通過(guò)調(diào)整硬度和其他性能參數(shù),使其不僅具有出色的防護(hù)性能和手感,還能展現(xiàn)出獨(dú)特的外觀效果,提升手機(jī)的整體品質(zhì)。
(三)汽車行業(yè)
在汽車行業(yè),TPE 材料的應(yīng)用也十分普遍。汽車腳墊是 TPE 材料的常見應(yīng)用之一,一般會(huì)選用 65 – 75A 硬度的 TPE 材料 。這個(gè)硬度范圍的 TPE 材料具有良好的耐磨性和抗污性,能夠承受車輛行駛過(guò)程中的各種壓力和摩擦,同時(shí)也便于清潔。汽車腳墊需要經(jīng)常承受乘客的踩踏和鞋底的污垢,硬度適中的 TPE 材料可以保證腳墊在長(zhǎng)期使用后依然保持良好的形狀和性能,不易變形或磨損。而且,TPE 材料的抗污性使得腳墊表面的污漬容易清潔,只需用濕布擦拭即可恢復(fù)干凈。
汽車密封條也是 TPE 材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。為了確保汽車的密封性和防水性,密封條通常會(huì)選用 65 – 75A 硬度的 TPE 材料 。這種硬度的 TPE 材料具有良好的彈性和耐候性,能夠緊密貼合車身,有效地阻擋灰塵、雨水和噪音的侵入。在高溫和低溫環(huán)境下,TPE 密封條都能保持穩(wěn)定的性能,不會(huì)因?yàn)闇囟茸兓冇不蜃冘?,從而保證汽車的密封性始終良好。汽車在高速行駛時(shí),密封條需要承受較大的風(fēng)壓,硬度適中的 TPE 材料可以保證密封條不會(huì)被風(fēng)吹開,確保車內(nèi)的安靜和舒適。
(四)玩具行業(yè)
在玩具行業(yè),TPE 材料的應(yīng)用非常廣泛,不同類型的玩具對(duì) TPE 材料的硬度要求也各不相同。以發(fā)泄球玩具為例,通常會(huì)使用 8 – 12A 硬度的 TPE 材料 。這種超軟的 TPE 材料能夠提供非常柔軟的觸感,讓你在擠壓發(fā)泄球時(shí)感受到極致的放松。當(dāng)你在工作或?qū)W習(xí)中感到壓力時(shí),用力擠壓發(fā)泄球,柔軟的 TPE 材料會(huì)隨著你的力量變形,給你帶來(lái)一種舒適的解壓體驗(yàn)。而且,由于其硬度極低,即使不小心打到人或物體上,也不會(huì)造成傷害,非常適合作為兒童和成人的解壓玩具。
玩具車輪則會(huì)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)和使用場(chǎng)景,選擇不同硬度的 TPE 材料 。用于普通玩具車的車輪,會(huì)選用 30 – 50A 硬度的 TPE 材料 。這個(gè)硬度范圍的 TPE 材料具有較好的耐磨性和彈性,能夠使玩具車在行駛過(guò)程中更加穩(wěn)定,同時(shí)也能提供一定的緩沖作用,減少震動(dòng)對(duì)玩具車的影響。而對(duì)于一些需要進(jìn)行高速行駛或特技表演的玩具車,可能會(huì)選用硬度更高的 TPE 材料,以提高車輪的強(qiáng)度和耐磨性,確保玩具車在高速行駛和劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)車輪破裂或變形的情況。
六、如何準(zhǔn)確把握 TPE 材料的硬度
在實(shí)際應(yīng)用中,準(zhǔn)確把握 TPE 材料的硬度至關(guān)重要。這不僅關(guān)系到產(chǎn)品的性能和質(zhì)量,還會(huì)影響到用戶的使用體驗(yàn)。下面為你介紹一些在把握 TPE 材料硬度時(shí)需要注意的關(guān)鍵要點(diǎn)。
(一)定義硬度單位
TPE 材料常用的硬度單位為邵氏硬度 ,它分為邵氏 A 和邵氏 D 兩種類型。邵氏 A 主要用于測(cè)量較軟的彈性材料,硬度范圍一般在 0 – 100A;邵氏 D 則用于測(cè)量較硬的材料,硬度范圍通常在 40 – 100D 。在測(cè)量 TPE 材料硬度時(shí),需要根據(jù)材料的硬度范圍選擇合適的硬度測(cè)量?jī)x。對(duì)于硬度在 15 – 90A 的 TPE 材料,一般使用鈍點(diǎn)硬度計(jì)(邵氏硬度計(jì) A)進(jìn)行測(cè)定;而對(duì)于硬度為 90A 或更高的 TPE 材料,通常使用硬度測(cè)器(邵氏硬度計(jì) D)和更尖銳的針進(jìn)行測(cè)定 。對(duì)于硬度在 15A 以下的超軟 TPE 材料,有時(shí)會(huì)使用邵氏 C 硬度測(cè)定器測(cè)定球頭,但在實(shí)際應(yīng)用中相對(duì)較少使用。準(zhǔn)確選擇硬度測(cè)量?jī)x和對(duì)應(yīng)的硬度單位,是準(zhǔn)確把握 TPE 材料硬度的基礎(chǔ)。
(二)注意讀數(shù)時(shí)間
在測(cè)量 TPE 材料樣板或試片的硬度時(shí),有即時(shí)讀數(shù)和延時(shí)讀數(shù)兩種方法 。即時(shí)讀數(shù)是指硬度計(jì)在 5 – 10 秒以內(nèi)按壓試件后立即讀數(shù);而延時(shí)讀數(shù)則是指硬度計(jì)將試件按壓超過(guò) 10 秒后再讀數(shù)。由于 TPE 材料具有彈性變形的特點(diǎn),一般情況下,延時(shí)讀數(shù)的硬度值比即時(shí)讀數(shù)的測(cè)量值高 2 – 5A 。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移,TPE 材料會(huì)發(fā)生一定的蠕變和松弛,導(dǎo)致硬度測(cè)量值發(fā)生變化。在測(cè)量 TPE 材料硬度時(shí),一定要明確采用的是即時(shí)讀數(shù)還是延時(shí)讀數(shù),并在記錄硬度值時(shí)注明讀數(shù)時(shí)間,這樣才能保證硬度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。
(三)考慮溫度和季節(jié)因素
溫度對(duì) TPE 材料的硬度有著顯著的影響 。你可能會(huì)發(fā)現(xiàn),同樣的 TPE 材料在冬天感覺比較硬,而在夏天則感覺相對(duì)較軟。這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí),TPE 材料的高分子鏈變得更加柔軟,從高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎承粤鲃?dòng)狀態(tài),硬度降低;而溫度降低時(shí),高分子鏈凍結(jié),從高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴A顟B(tài),硬度增加。在生產(chǎn)和使用 TPE 材料時(shí),一定要充分考慮溫度和季節(jié)因素對(duì)硬度的影響。如果在不同季節(jié)生產(chǎn)的 TPE 產(chǎn)品硬度要求一致,就需要根據(jù)季節(jié)的變化對(duì) TPE 材料的配方進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,以確保產(chǎn)品的硬度符合要求。在冬天生產(chǎn) TPE 密封膠條時(shí),可能需要適當(dāng)增加油的用量或調(diào)整其他配方成分,以避免膠條因溫度降低而變硬,影響密封性能。
(四)關(guān)注樣品和試片厚度
試片的厚度會(huì)對(duì)硬度試驗(yàn)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響 。標(biāo)準(zhǔn)試片的厚度為 6.35 毫米 ,在測(cè)試樣品厚度時(shí),應(yīng)盡量使樣品的厚度接近標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試片的厚度。如果樣品厚度過(guò)薄,當(dāng)樣品后面的接觸表面較硬時(shí),測(cè)試硬度通常會(huì)偏高;相反,如果樣品厚度過(guò)厚,測(cè)試硬度可能會(huì)偏低。在測(cè)量 TPE 材料硬度時(shí),要確保試片的厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。如果無(wú)法獲得標(biāo)準(zhǔn)厚度的試片,需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正或在報(bào)告中注明試片的實(shí)際厚度,以便對(duì)硬度數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估和分析。
(五)用實(shí)物樣品確認(rèn)硬度
為了準(zhǔn)確確認(rèn)用戶的材料硬度要求信息,最好讓用戶提供實(shí)物模板 。有時(shí)候,用戶只提供一個(gè)硬度值并不一定準(zhǔn)確,因?yàn)橛捕鹊恼_性本身可能存在爭(zhēng)議,而且硬度單位也可能不同。比如用戶只說(shuō)需要 40 度的 TPE 材料,但 40 度可能是 40A、40D 或 40Q 等,不同的硬度單位表示的硬度值差異很大。如果用戶沒有實(shí)物模板,只提供硬度值,一定要與用戶聯(lián)系,了解清楚硬度單位是 A 還是 D 等,避免因硬度信息不準(zhǔn)確而導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品不符合要求。通過(guò)實(shí)物樣品確認(rèn)硬度,可以更加直觀地了解用戶的需求,確保選擇的 TPE 材料硬度合適,從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。
七、TPE 材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)與展望
TPE 材料憑借其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用,在材料科學(xué)領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。隨著科技的不斷進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展,TPE 材料在未來(lái)還將迎來(lái)更多的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn),展現(xiàn)出更加廣闊的發(fā)展前景。
(一)環(huán)保與可持續(xù)性
在全球環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的背景下,環(huán)保與可持續(xù)性將成為 TPE 材料未來(lái)發(fā)展的重要方向。一方面,研究人員正在積極開發(fā)可生物降解的 TPE 材料 ,以減少對(duì)環(huán)境的污染。傳統(tǒng)的 TPE 材料在自然環(huán)境中難以降解,長(zhǎng)期積累可能會(huì)對(duì)土壤、水源等造成危害。而可生物降解的 TPE 材料則可以在微生物的作用下分解為無(wú)害物質(zhì),從而實(shí)現(xiàn)材料的綠色化和可持續(xù)發(fā)展。這種材料的研發(fā)和應(yīng)用,將有助于減少塑料垃圾的產(chǎn)生,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在一次性塑料制品領(lǐng)域,如食品包裝、餐具等,可生物降解的 TPE 材料有望逐漸替代傳統(tǒng)塑料,成為未來(lái)的主流材料。
另一方面,回收再利用技術(shù)的進(jìn)步也將使得 TPE 材料在生命周期結(jié)束后能夠被有效回收再利用 。TPE 材料本身具有可回收的特性,但目前回收再利用的技術(shù)和成本還存在一定的限制。隨著回收技術(shù)的不斷改進(jìn),TPE 材料的回收利用率將不斷提高,實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。通過(guò)回收廢棄的 TPE 制品,經(jīng)過(guò)加工處理后重新投入生產(chǎn),不僅可以減少原材料的消耗,降低生產(chǎn)成本,還能減少?gòu)U棄物對(duì)環(huán)境的壓力。這對(duì)于緩解資源短缺和環(huán)境問(wèn)題具有重要意義,也將使 TPE 材料在環(huán)保領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢(shì)。
(二)性能優(yōu)化
為了滿足越來(lái)越苛刻的應(yīng)用要求,TPE 材料的性能也將不斷優(yōu)化。在材料配方方面,新型增塑劑、填料和助劑的開發(fā)將使 TPE 材料在耐候性、耐化學(xué)性、耐磨性等方面表現(xiàn)更為優(yōu)異 。通過(guò)添加特殊的增塑劑,可以提高 TPE 材料的柔韌性和低溫性能,使其在寒冷的環(huán)境下依然保持良好的彈性;采用新型的填料,則可以增強(qiáng) TPE 材料的強(qiáng)度和硬度,同時(shí)降低成本;而特殊的助劑則可以改善 TPE 材料的加工性能和穩(wěn)定性,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊的零部件中,需要 TPE 材料具有更好的耐油性和耐高溫性能,通過(guò)優(yōu)化配方,添加特殊的添加劑,可以使 TPE 材料滿足這些苛刻的要求,確保零部件在惡劣的工作環(huán)境下正常運(yùn)行。
先進(jìn)的加工技術(shù)也將為 TPE 材料的性能優(yōu)化和應(yīng)用開辟新的天地 。隨著 3D 打印技術(shù)的不斷發(fā)展,TPE 材料在 3D 打印領(lǐng)域的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。3D 打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的快速制造,為 TPE 材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了更大的靈活性。通過(guò) 3D 打印,可以根據(jù)實(shí)際需求定制 TPE 制品的形狀和結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的生產(chǎn)。在醫(yī)療器械領(lǐng)域,可以利用 3D 打印技術(shù)制作出符合人體工程學(xué)的 TPE 假肢、矯形器等,提高產(chǎn)品的舒適性和適配性;在航空航天領(lǐng)域,3D 打印的 TPE 零部件可以減輕重量,提高性能,滿足航空航天對(duì)材料輕量化和高性能的要求。
(三)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展
隨著科技的進(jìn)步,TPE 材料的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展。除了現(xiàn)有的汽車、電子、醫(yī)療、玩具、日用品等領(lǐng)域,TPE 材料還將在航空航天、建筑、農(nóng)業(yè)等新興領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用 。在航空航天領(lǐng)域,TPE 材料可以用于制造飛機(jī)的內(nèi)飾件、密封件、減震件等。由于航空航天對(duì)材料的性能要求極高,TPE 材料需要具備輕量化、高強(qiáng)度、耐高溫、耐輻射等特性。通過(guò)研發(fā)新型的 TPE 材料和改進(jìn)加工工藝,可以使其滿足航空航天領(lǐng)域的要求,為飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供更多的選擇。TPE 材料制成的飛機(jī)內(nèi)飾件可以減輕飛機(jī)的重量,降低能耗;密封件和減震件則可以提高飛機(jī)的安全性和舒適性。
在建筑領(lǐng)域,TPE 材料可以用于制造節(jié)能門窗密封條、防水卷材、地板等 。隨著人們對(duì)建筑節(jié)能和環(huán)保要求的提高,TPE 材料的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。節(jié)能門窗密封條可以有效地阻擋熱量的傳遞,提高門窗的保溫性能,降低能源消耗;防水卷材則具有良好的防水性能和耐候性,能夠保證建筑物的防水效果,延長(zhǎng)建筑物的使用壽命;TPE 地板具有柔軟舒適、防滑耐磨、環(huán)保無(wú)毒等特點(diǎn),適用于家庭、公共場(chǎng)所等各種地面裝飾。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,TPE 材料可以用于制造灌溉管道、農(nóng)用薄膜、園藝工具等 。灌溉管道需要具備耐腐蝕、耐磨損、耐老化等性能,TPE 材料可以滿足這些要求,確保灌溉系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;農(nóng)用薄膜則需要具有良好的透光性、保溫性和耐候性,TPE 材料制成的農(nóng)用薄膜可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量;園藝工具采用 TPE 材料,可以提供舒適的握持感,提高使用效率。
(四)智能化與功能化
TPE 材料還將朝著智能化和功能化的方向發(fā)展。通過(guò)添加特殊的智能材料或傳感器,TPE 材料可以具備自感應(yīng)、自修復(fù)、自調(diào)節(jié)等智能功能 。自感應(yīng) TPE 材料可以根據(jù)外界環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整自身的性能,如溫度、壓力、濕度等變化時(shí),材料的硬度、彈性等性能也會(huì)相應(yīng)改變;自修復(fù) TPE 材料則可以在受到損傷時(shí)自動(dòng)修復(fù),延長(zhǎng)材料的使用壽命;自調(diào)節(jié) TPE 材料可以根據(jù)使用需求自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的性能,如在不同的工作條件下,材料的強(qiáng)度、耐磨性等性能可以自動(dòng)調(diào)整,以滿足實(shí)際需求。
在電子領(lǐng)域,TPE 材料可以與電子元件相結(jié)合,開發(fā)出具有特殊功能的智能材料 。將 TPE 材料與導(dǎo)電材料復(fù)合,可以制備出具有導(dǎo)電性能的 TPE 復(fù)合材料,用于制造電子線路、傳感器等;將 TPE 材料與光學(xué)材料復(fù)合,則可以開發(fā)出具有光學(xué)性能的 TPE 材料,用于制造光電器件、顯示器件等。這些智能化和功能化的 TPE 材料將為電子、醫(yī)療、機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇和突破。
(五)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大
隨著 TPE 材料在性能、環(huán)保、應(yīng)用領(lǐng)域等方面的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,其市場(chǎng)規(guī)模也將不斷擴(kuò)大。據(jù)相關(guān)報(bào)告,未來(lái)幾年內(nèi),TPE 市場(chǎng)規(guī)模有望繼續(xù)保持穩(wěn)定增長(zhǎng) 。一方面,全球經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和人們生活水平的提高,將對(duì)高品質(zhì)、高性能材料的需求不斷增加,TPE 材料作為一種環(huán)保、可回收且性能優(yōu)異的材料,將受到更多行業(yè)和消費(fèi)者的青睞。在消費(fèi)品領(lǐng)域,TPE 材料制成的產(chǎn)品具有良好的觸感、外觀和性能,符合消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)和環(huán)保的追求,市場(chǎng)需求將不斷增長(zhǎng)。
另一方面,技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展也將推動(dòng) TPE 材料市場(chǎng)的發(fā)展 。隨著新型 TPE 材料的研發(fā)和應(yīng)用,以及 TPE 材料在新興領(lǐng)域的不斷滲透,市場(chǎng)對(duì) TPE 材料的需求將持續(xù)增加。在新能源汽車領(lǐng)域,TPE 材料在電池組件、內(nèi)飾件、密封件等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,隨著新能源汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展,對(duì) TPE 材料的需求也將大幅增長(zhǎng)。
TPE 材料作為一種具有獨(dú)特性能和廣泛應(yīng)用前景的高分子材料,在未來(lái)的發(fā)展中充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用拓展,TPE 材料將在環(huán)保、性能優(yōu)化、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展等方面取得更大的突破,為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn),也將為我們的生活帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新。
八、總結(jié)
通過(guò)以上的深入探究,你已經(jīng)全面了解了 TPE 材料的奧秘。TPE 材料作為一種集塑料和橡膠特性于一身的高分子材料,具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成和優(yōu)異的性能。它的硬度范圍十分廣泛,并非單純的硬或軟,而是具有可調(diào)控性,能夠通過(guò)配方成分、溫度等因素進(jìn)行調(diào)整,以滿足不同行業(yè)和產(chǎn)品的多樣化需求。
在日用品、電子器材、汽車、玩具等眾多領(lǐng)域,TPE 材料憑借其適宜的硬度和其他優(yōu)良特性,得到了廣泛的應(yīng)用。在牙刷手柄、手機(jī)外殼、汽車腳墊、玩具車輪等產(chǎn)品中,TPE 材料都發(fā)揮著重要的作用,為產(chǎn)品的性能提升和用戶體驗(yàn)的改善做出了貢獻(xiàn)。
隨著時(shí)代的發(fā)展,TPE 材料在環(huán)保與可持續(xù)性、性能優(yōu)化、應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展、智能化與功能化等方面展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。可生物降解的 TPE 材料、性能更優(yōu)異的 TPE 材料以及在新興領(lǐng)域的應(yīng)用,都將為 TPE 材料的未來(lái)發(fā)展注入新的活力。
TPE 材料以其獨(dú)特的魅力和無(wú)限的潛力,在材料科學(xué)的舞臺(tái)上熠熠生輝。無(wú)論是現(xiàn)在還是它都將持續(xù)影響著我們的生活,為各個(gè)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供強(qiáng)大的支持。希望你通過(guò)對(duì) TPE 材料的了解,能夠在相關(guān)領(lǐng)域的工作或?qū)W習(xí)中,更好地運(yùn)用這一神奇的材料,創(chuàng)造出更多優(yōu)質(zhì)、創(chuàng)新的產(chǎn)品。
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