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2010/04/28
作者：程健 陈进明 项健 汪晓明
一、概述
热塑性弹性体（TPE）是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料，具有橡胶和塑料的双重性和宽广特性，广泛应用于电线电缆、汽车、电子电气、建筑、医疗等领域。随着新技术的发展，促进了TPE性能的不断优化和提升，应用领域不断拓展，尤其是电线电缆、汽车和医疗领域需求强劲；此外由于人们环境意识的提高，材料回收性成为选材的一个重要因素，全球废弃的PVC成为环境污染的重要问题，国外限制使用PVC呼声日趋高涨，也促进了TPE消费快速增长。目前工业化生产TPE主要分为以下几类：苯乙烯类（TPS）、烯烃类（TPO）、氯乙烯类（TPVC）、氨酯类（TPU）、聚酯类（TPEE）、酰胺类（TPAE）、有机氟类（TPF）、双烯类（TPB、TPI）等。
TPE应用日益扩大，其在以电线电缆为中心的应用市场连续保持年均增长10%以上，作为替代软PVC和橡胶的新型高性能材料，具有成本和性能上的优势。我国是TPE重要的消费市场，随着我国近年来电线电缆工业高速发展，TPO类热塑弹性体的应用将迅猛增加，预计未来几年我国TPE的消费年均增长率将超过12%，我国已成为全球TPE需求增长最快的国家之一。
二、电线电缆常用的热塑性弹性体
1、烯烃类热塑性弹性体
聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）由橡胶和聚烯烃构成，通常橡胶组分为三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）和丁基橡胶；聚烯烃组分主要为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。TPO目前已成为汽车和家电领域的主要橡塑材料，随着我国电线电缆工业的发展，对某些特种的电线电缆提出更高要求，采用TPO材料作为绝缘和护套可满足特殊的性能要求，如柔软、耐低温、耐高温等。
同时，为扩大该种热塑性弹性体的使用范围，必须使之具有阻燃性、燃烧时低烟低毒等新功能，该产品研发思路是在普通TPO材料中添加无机或有机填充剂，通过配合最优的高分子增容剂，制备出环保型热塑性低烟无卤阻燃弹性体，此种新型无卤阻燃弹性体具备很多特点：（1）它具备普通无卤阻燃材料的阻燃性能；（2）制备的电线电缆燃烧时低烟低毒性能；（3）同时，还兼具TPO材料原有的弹性，应用上可以完全替代普通TPO材料；（4）无机或有机填充剂的加入，大大的降低材料的成本，所以有很大的市场潜力。相关性能见表1。
2、氯乙烯类热塑性弹性体
主要分为热塑性聚氯乙烯（TPVC）和热塑性氯化聚乙烯（TCPE）两类。目前国内关于热塑性聚氯乙烯（TPVC）开发报道较多，TPVC以其较优异的综合性能和低廉的价格而备受人们的青睐。TPVC通常是以高聚合度PVC或称高分子量PVC（HMW-PVC）、化学交联PVC、离子交联PVC和PVC橡胶共混物作为基体树脂，适量添加增塑剂后加工成型而成。
TPVC具有如下性能特点：（1）其硬度可根据增塑剂用量的不同在40～95（邵氏A）的范围内任意调整，硬度随温度变化比橡胶大，且比软质PVC有了很大改进；（2）耐老化性与橡胶相比很优异，比一般软质PVC也有了很大提高。特别是它配合了高分子增塑剂后这一性能更加优异；（3）耐寒性大大优于软质PVC，当采用耐寒增塑剂后，-45℃低温下电线电缆仍保持良好的弹性。
与橡胶相比，成型加工方便，能耗低，可以再生利用。现在其应用已十分广泛，新的领域的研究与开发工作也十分活跃。除了以代替橡胶为目的的应用继续发展外，其他用途也在广泛开拓之中。代替橡胶的主要着眼点在降低成本的总构成和改进加工方法、着色性、耐候性等性能。代替软质PVC主要是提高其物理性能，改善制品的手感与外观等。可广泛应用于制造耐热电缆、移动电缆、耐低温电缆、以及高级电器电线电缆等。
相关TPVC材料性能见表1
3、聚氨酯类弹性体
聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，是一种（AB）n型嵌段线性聚合物，A为高分子量（1000-6000）的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB 链段间化学结构是用二异氰酸酯，通常是MDI连接。TPU可分为聚酯和聚醚两大类，由于聚酯类的聚氨酯容易水解，故在电线电缆行业主要用的是聚醚类聚氨酯。TPU突出的特点是耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能。
（1）无卤阻燃聚氨酯类弹性体
聚氨酯弹性体本身的氧指数仅为18%，属于易燃材料，这就大大限制了它有特殊场合的应用，为此，无卤阻燃TPU弹性体材料，制备的电线电缆可以通过UL1581 VW-1试验标准，可以用于生产符合TICW/01-2009标准的风力专用电缆。该类TPU弹性体在改进普通TPU弹性体阻燃的基础上，还具有如下特点：①该产品为环保型产品，且制备的电线电缆具有很高的燃烧透光率；②通过加入合适的加工类助剂，降低了TPU弹性体的表观粘度对加工温度的敏感性，从而改善了TPU弹性体加工艺过窄的缺陷；③配合加入非极性聚烯烃类材料，降低了体系的吸水性能，大大减少了水分对该材料的不利影响；④通过对配方的调整，可以根据客户的要求，制备成镜面或雾面的电线电缆，进一步扩大其使用范围。
（2）有卤阻燃聚氨酯类弹性体
有卤阻燃剂的发展已经相当成熟，其在各种材料中的改性应用也已经相当普遍，通过调整不同有卤阻燃剂的复配比例，材料的阻燃性能就可以达到相当高的水平，而且相对于无卤阻燃剂其价格也要低很多，所以有卤阻燃TPU弹性体具有很好的经济性。电线电缆的使用场合如果对环保要求不高，该类TPU弹性体产品有很大的优势，它具备无卤TPU弹性体良好的挤出工艺性、低的吸水性等的特点上，还具备较低的市场价格。
TPU材料相关性能见表1。
4、TPV弹性体
传统意义上的TPV弹性体是从生产工艺上定义的，即经过硫化的热塑性硫化橡胶为TPV材料，它并没有界定具体材料。现在有一种TPV弹性体是一种全新的材料，不是传统意义的TPV材料，也不需要进行动态硫化即可满足要求，该类产品顺应国家对于环保可再生能源的发展趋势，而主要用于风力电缆。
风能资源越来越受到世界各个国家的重视，因其作为一种可再生且清洁无污染的能源，据统计，全球的风能2.74×109MW中可利用的约为2.0×107MW，所以世界风能市场以每年40％的速率在增长，同时，随着技术的不断进步，风能发电成本也在下降，使得风能市场得到持续良好的发展。中国风能的分布十分广泛，我国风电产业现在也保持着高速发展的态势，同时，我国风能的发展也有很多客观因素，比如我国地域广阔，南北气候温差较大，北方要求风力电缆能承受住低温，南方沿海地方要求电缆耐湿热、耐海水腐蚀等。
基于以上我国地域的复杂性，使得风力电缆专用电缆大多还要靠进口，该类产品生产的风力电缆的耐低温性能优异，在-40℃低温下不会开裂，耐常温、低温扭转性能合格，且能满足环保、耐油、耐海水腐蚀等性能要求，且比使用TPU类材料成本低、挤出加工性能优异，同时制备的电缆阻燃试验通过GB/T18380-2008标准中单根垂直燃烧试验，可用于生产符合TICW/01-2009标准的风力电缆。TPV弹性体材料相关性能见表1。
三、结束语
本文对几种常用的热塑性弹性体作了介绍，电线电缆厂可以根据表1的性能指标并结合表2，以制备最适合的产品。TPE现已成为广泛替代传统橡胶和部分塑料的极具发展前景的新型材料，尤其电线电缆工业快速发展，需要大量进口TPE以满足国内市场需求，因此今后上海凯波将加大对TPE的开发力度与产业化速度，关注国际发展潮流。作为电线电缆用绝缘和护套材料的制造者，理应抓住这一契机，研发制造出更多更优良的产品，与电线电缆制造者一起，共同推动我国电缆行业的发展。
热塑性弹性体（TPE）是一种介于橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料，具有橡胶和塑料的双重性和宽广特性，广泛应用于电线电缆、汽车、电子电气、建筑、医疗等领域。随着新技术的发展，促进了TPE性能的不断优化和提升，应用领域不断拓展，尤其是电线电缆、汽车和医疗领域需求强劲；此外由于人们环境意识的提高，材料回收性成为选材的一个重要因素，全球废弃的PVC成为环境污染的重要问题，国外限制使用PVC呼声日趋高涨，也促进了TPE消费快速增长。目前工业化生产TPE主要分为以下几类：苯乙烯类（TPS）、烯烃类（TPO）、氯乙烯类（TPVC）、氨酯类（TPU）、聚酯类（TPEE）、酰胺类（TPAE）、有机氟类（TPF）、双烯类（TPB、TPI）等。
TPE应用日益扩大，其在以电线电缆为中心的应用市场连续保持年均增长10%以上，作为替代软PVC和橡胶的新型高性能材料，具有成本和性能上的优势。我国是TPE重要的消费市场，随着我国近年来电线电缆工业高速发展，TPO类热塑弹性体的应用将迅猛增加，预计未来几年我国TPE的消费年均增长率将超过12%，我国已成为全球TPE需求增长最快的国家之一。
二、电线电缆常用的热塑性弹性体
1、烯烃类热塑性弹性体
聚烯烃类热塑性弹性体（TPO）由橡胶和聚烯烃构成，通常橡胶组分为三元乙丙橡胶（EPDM）、丁腈橡胶（NBR）和丁基橡胶；聚烯烃组分主要为聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。TPO目前已成为汽车和家电领域的主要橡塑材料，随着我国电线电缆工业的发展，对某些特种的电线电缆提出更高要求，采用TPO材料作为绝缘和护套可满足特殊的性能要求，如柔软、耐低温、耐高温等。
同时，为扩大该种热塑性弹性体的使用范围，必须使之具有阻燃性、燃烧时低烟低毒等新功能，该产品研发思路是在普通TPO材料中添加无机或有机填充剂，通过配合最优的高分子增容剂，制备出环保型热塑性低烟无卤阻燃弹性体，此种新型无卤阻燃弹性体具备很多特点：（1）它具备普通无卤阻燃材料的阻燃性能；（2）制备的电线电缆燃烧时低烟低毒性能；（3）同时，还兼具TPO材料原有的弹性，应用上可以完全替代普通TPO材料；（4）无机或有机填充剂的加入，大大的降低材料的成本，所以有很大的市场潜力。相关性能见表1。
2、氯乙烯类热塑性弹性体
主要分为热塑性聚氯乙烯（TPVC）和热塑性氯化聚乙烯（TCPE）两类。目前国内关于热塑性聚氯乙烯（TPVC）开发报道较多，TPVC以其较优异的综合性能和低廉的价格而备受人们的青睐。TPVC通常是以高聚合度PVC或称高分子量PVC（HMW-PVC）、化学交联PVC、离子交联PVC和PVC橡胶共混物作为基体树脂，适量添加增塑剂后加工成型而成。
TPVC具有如下性能特点：（1）其硬度可根据增塑剂用量的不同在40～95（邵氏A）的范围内任意调整，硬度随温度变化比橡胶大，且比软质PVC有了很大改进；（2）耐老化性与橡胶相比很优异，比一般软质PVC也有了很大提高。特别是它配合了高分子增塑剂后这一性能更加优异；（3）耐寒性大大优于软质PVC，当采用耐寒增塑剂后，-45℃低温下电线电缆仍保持良好的弹性。
与橡胶相比，成型加工方便，能耗低，可以再生利用。现在其应用已十分广泛，新的领域的研究与开发工作也十分活跃。除了以代替橡胶为目的的应用继续发展外，其他用途也在广泛开拓之中。代替橡胶的主要着眼点在降低成本的总构成和改进加工方法、着色性、耐候性等性能。代替软质PVC主要是提高其物理性能，改善制品的手感与外观等。可广泛应用于制造耐热电缆、移动电缆、耐低温电缆、以及高级电器电线电缆等。
相关TPVC材料性能见表1
3、聚氨酯类弹性体
聚氨酯热塑性弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶，简称TPU，是一种（AB）n型嵌段线性聚合物，A为高分子量（1000-6000）的聚酯或聚醚，B为含2-12直链碳原子的二醇，AB 链段间化学结构是用二异氰酸酯，通常是MDI连接。TPU可分为聚酯和聚醚两大类，由于聚酯类的聚氨酯容易水解，故在电线电缆行业主要用的是聚醚类聚氨酯。TPU突出的特点是耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能。
（1）无卤阻燃聚氨酯类弹性体
聚氨酯弹性体本身的氧指数仅为18%，属于易燃材料，这就大大限制了它有特殊场合的应用，为此，无卤阻燃TPU弹性体材料，制备的电线电缆可以通过UL1581 VW-1试验标准，可以用于生产符合TICW/01-2009标准的风力专用电缆。该类TPU弹性体在改进普通TPU弹性体阻燃的基础上，还具有如下特点：①该产品为环保型产品，且制备的电线电缆具有很高的燃烧透光率；②通过加入合适的加工类助剂，降低了TPU弹性体的表观粘度对加工温度的敏感性，从而改善了TPU弹性体加工艺过窄的缺陷；③配合加入非极性聚烯烃类材料，降低了体系的吸水性能，大大减少了水分对该材料的不利影响；④通过对配方的调整，可以根据客户的要求，制备成镜面或雾面的电线电缆，进一步扩大其使用范围。
（2）有卤阻燃聚氨酯类弹性体
有卤阻燃剂的发展已经相当成熟，其在各种材料中的改性应用也已经相当普遍，通过调整不同有卤阻燃剂的复配比例，材料的阻燃性能就可以达到相当高的水平，而且相对于无卤阻燃剂其价格也要低很多，所以有卤阻燃TPU弹性体具有很好的经济性。电线电缆的使用场合如果对环保要求不高，该类TPU弹性体产品有很大的优势，它具备无卤TPU弹性体良好的挤出工艺性、低的吸水性等的特点上，还具备较低的市场价格。
TPU材料相关性能见表1。
4、TPV弹性体
传统意义上的TPV弹性体是从生产工艺上定义的，即经过硫化的热塑性硫化橡胶为TPV材料，它并没有界定具体材料。现在有一种TPV弹性体是一种全新的材料，不是传统意义的TPV材料，也不需要进行动态硫化即可满足要求，该类产品顺应国家对于环保可再生能源的发展趋势，而主要用于风力电缆。
风能资源越来越受到世界各个国家的重视，因其作为一种可再生且清洁无污染的能源，据统计，全球的风能2.74×109MW中可利用的约为2.0×107MW，所以世界风能市场以每年40％的速率在增长，同时，随着技术的不断进步，风能发电成本也在下降，使得风能市场得到持续良好的发展。中国风能的分布十分广泛，我国风电产业现在也保持着高速发展的态势，同时，我国风能的发展也有很多客观因素，比如我国地域广阔，南北气候温差较大，北方要求风力电缆能承受住低温，南方沿海地方要求电缆耐湿热、耐海水腐蚀等。
基于以上我国地域的复杂性，使得风力电缆专用电缆大多还要靠进口，该类产品生产的风力电缆的耐低温性能优异，在-40℃低温下不会开裂，耐常温、低温扭转性能合格，且能满足环保、耐油、耐海水腐蚀等性能要求，且比使用TPU类材料成本低、挤出加工性能优异，同时制备的电缆阻燃试验通过GB/T18380-2008标准中单根垂直燃烧试验，可用于生产符合TICW/01-2009标准的风力电缆。TPV弹性体材料相关性能见表1。
表1 几种用于电线电缆热塑性弹性体材料性能（上海凯波相关产品）
| 项目 | 烯烃类TPE | 氯乙烯类TPE | TPU弹性体 | TPV弹 性体 |
|
| 无卤TPU | 有卤TPU | ||||
| 拉伸强度 MPa | 8.0 | 15.0 | 30.0 | 30.0 | 25.0 |
| 断裂伸长率 ％ | 350 | 450 | 650 | 650 | 420 |
| 硬度（邵氏A，15秒） | 82 | 70 | 85 | 85 | 65 |
| 50%定伸强度MPa | 3.5 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.0 |
| 100%定伸强度MPa | 5.0 | 4.0 | 5.8 | 6.0 | 8.0 |
| 300%定伸强度MPa | 7.5 | 7.0 | 9.0 | 9.0 | 12.0 |
| 空气热老化等级 | 100℃×168h | 135℃×168h | 100℃×240h | 100℃×240h | 135℃×240h |
| 热变形％ | 50 | 60 | 20 | 20 | 40 |
| 拉伸回缩率％ | 130 | 125 | 110 | 110 | 115 |
| 低温冲击脆化温度 ℃ | -25 | -35 | -76 | -76 | -40 |
| 20℃体积电阻率 Ω.m | 1.0×1010 | 1.0×109 | 3.0×108 | 5.0×108 | 1.0×109 |
| 介电强度 MV/m | 28 | 25 | 22 | 23 | 27 |
| 氧指数（A 法） ％ | 30 | 28 | 28 | 28 | 28 |
| 烟密度（有焰） | 65 | —— | 80 | —— | —— |
| 烟密度（无焰） | 180 | —— | 195 | —— | —— |
| 卤酸含量 mg/g | 0 | —— | 0 | —— | —— |
| PH值 | 6.2 | —— | 6 | —— | —— |
| 电导率 s/mm | 2.8 | —— | 2.5 | —— | —— |
| 耐油实验（IPM902油，100℃×24h） | |||||
| 拉伸强度变化率 % | —— | —— | -7 | -9 | -9.8 |
| 断裂伸长率变化率 % | —— | —— | +10 | +12 | -20 |
表2 几种用于电线电缆热塑性弹性体材料对比（上海凯波相关产品）
| 对比项目 | 烯烃类TPE | 氯乙烯类TPE | TPU弹性体 | TPV弹性体 | |
| 无卤TPU | 有卤TPU | ||||
| 环保性能 | 无卤类；符合ROHS、REACH | 有卤类；符合ROHS、REACH | 无卤类；符合ROHS、REACH | 有卤类；符合ROHS、REACH | 有卤类；符合ROHS、REACH |
| 加工工艺 | 挤出速度慢 | 易加工 | 加工温度较窄 | 加工温度较窄 | 易加工 |
| 特性 | 强度低、烟密度小 | 柔软、强度低 | 弹性好、强度高 | 弹性好、强度高 | 柔软、强度高 |
| 材料价格 （万元/吨） |
约3.4 | 约1.2 | 约6.5 | 约5.5 | 约2.2 |
| 具体用途 | 手机、电脑连接线 | 电梯电缆、柔软类电缆 | 室外军用电缆、风力电缆 | 室外军用电缆、风力电缆 | 风力电缆、柔软类电缆 |
本文对几种常用的热塑性弹性体作了介绍，电线电缆厂可以根据表1的性能指标并结合表2，以制备最适合的产品。TPE现已成为广泛替代传统橡胶和部分塑料的极具发展前景的新型材料，尤其电线电缆工业快速发展，需要大量进口TPE以满足国内市场需求，因此今后上海凯波将加大对TPE的开发力度与产业化速度，关注国际发展潮流。作为电线电缆用绝缘和护套材料的制造者，理应抓住这一契机，研发制造出更多更优良的产品，与电线电缆制造者一起，共同推动我国电缆行业的发展。
