在合成橡胶(SR)工业依托改性技术求发展，实现产品高性能化、精细化、专用化，并顺应高效、低能、绿色环保之潮流的今天，热塑性弹性体(TPE)正以其优良的加工性、橡胶的高弹性、良好的适应性、经济性以及低污染性而获得蓬勃发展，产品正全面渗入橡胶加工行业，进入稳步发展阶段，被冠以“第三代橡胶”的美誉。
根据硬段的化学组成，TPE可分为聚苯乙烯类(SBC)、聚烯烃类(TPO)、聚氨酯类(TPU)、聚酯类(TPEE)、聚酰胺类(TPAE)和聚氯乙烯类(TPVC)等几类，其中SBC是TPE中产销量最大的一类，TPO则是增长最快的一类，1996年其需求量为140 kt，2001年将达到210 kt，年均增长率达8%。
TPE的生产方法有机械共混法和化学合成法两种，其中共混型TPE在制备工艺上经历了简单机械共混、动态部分硫化和动态全硫化三段发展历程，动态全硫化型热塑性弹性体(TPV)近年来以10%的速度高速增长，成为TPE中发展最快的品种。
1 国外TPE应用及市场需求
1.1 市场与预测
随着各种TPE的相继开发，TPE的需求也以惊人的速度增长。1993年TPE消耗量725 kt,1995年已超过900 kt，相当于同年SR总消耗量9 666 kt的9.3%，销售额达30亿美元。据预测TPE全球的用量将从1997年的1 005 kt增至2000年的1 292 kt，1995－2000年消费量增长29%，年均增长5.8%，近年来生胶的消耗量变化及TPE所占比例见表1［1，2］。表1的结果显示，与硫化橡胶传统用生胶的停滞状态相比，TPE的增长率很高。
表1 90年代生胶消耗量变化及TPE所占比例
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项目 |
1992年 |
1993年 |
1994年 |
1995年 |
1999年 | |||||
|
耗量/kt |
增长率,% |
耗量/kt |
增长率,% |
耗量/kt |
增长率,% |
耗量/kt |
增长率,% |
耗量/kt |
增长率,% | |
|
生胶 |
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|
SR |
9 660 |
- |
8 967 |
- |
9 022 |
- |
9 666 |
- |
10 962 |
- |
|
NR1） |
5 168 |
- |
5 182 |
- |
5 425 |
- |
5 594 |
- |
6 264 |
- |
|
合计 |
14 828 |
1.7 |
14 149 |
-4.6 |
14 447 |
2.1 |
15 259 |
5.6 |
17 226 |
3.6 |
|
TPE |
737 |
5.0 |
766 |
3.9 |
83.3 |
8.7 |
909 |
9.1 |
1 188 |
7.4 |
|
TPE在总橡胶中所占比例2），％ |
4.73 |
5.14 |
5.45 |
5.62 |
6.45 |
|||||
|
TPE在SR所占比例3），％ |
7.09 |
7.87 |
8.45 |
8.60 |
9.78 |
|||||
| 注： | 1）NR：天然橡胶。 | |
| 2)TPE：合成橡胶＋热塑性弹体； | ||
| 3)TPE：生胶＋热塑性弹体。 |
Freedonia Group预测，北美TPE需求将从1996年的475 kt增至2001年的640 kt，年均增长6.4%。美国是TPE的净出口国，1996年生产能力520 kt，预计2001年将升至780 kt。1996－2001年北美TPE供需情况见表2。
表2 北美TPE需求及预测 （kt）
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项 目 |
1987年 |
1996年 |
2001年 |
年均增长率，% | |
|
1996/1987年 |
2001/1996年 | ||||
|
TPE总需求量 SBC TPO TPU TPEE 其他TPE 净出口量 TPE产量 |
244 124 608 32 15 12 38 282 |
474 220 141 48 33 33 44 518 |
646 281 209 59 48 50 84 730 |
77 66 98 44 87 122 ＿ 70 |
73 50 82 44 78 85 ＿ 71 |
TPE消费量迅速增长的原因之一，是因为它的性能适应性强，加工工艺简单，节能，能用热塑性塑料(TP)的加工设备和方法高效而经济地生产通用橡胶制品。如：热固性橡胶(TSR)加工成型周期为2～10 min，而TPE仅10～50 s；TPE注射成型制品的尺寸偏差仅为TSR同样制品的1/3～1/2，加工费用又比TSR低50%左右。另一重要原因是TPE比TSR相对密度低10%～40%，用TPE制备汽车构部件可使汽车整体重量降低，达到节约燃油之目的；TPE边角废料还可回收利用（已证明TPE返用5次物理机械性能基本不变），因而一定重量的TPE能制得更多制品。TPE的这种低密度和可回收性顺应了工业生产低投入、高产出和高效益的发展总趋势，成为兼具SR和TP二者优良性能的新型高分子弹性材料。
1.2 主要应用领域及用量
TPE主要应用领域包括：汽车工业、电线电缆、工业制品、制鞋领域、土木建筑、医疗保健及聚合物改性等。近年欧洲各类TPE使用情况、北美各应用领域TPE使用量及医疗制品市场现在和潜在应用情况分别见表3～表5［3］。
表3 欧洲1995年TPE应用及使用量 （kt)
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应用领域 |
SBC |
TPO |
TPV |
TPU |
TPEE |
TPAE |
总 计 |
|
汽车 电线电缆 制鞋 聚合物改性剂 软管 工业制品 沥青改性剂 建筑 胶粘剂/涂料 胶片 其他 总计 |
6 0 47 11 0 1 30 － 16 0 117 228 |
62 5 0 3 2 6.5 0 0 0 0 79 157.5 |
6 1 0 3 2 5 0 2.5 0 0 20 39.5 |
2 2 7 － 2.5 4.5 0 － 11 1 31 61 |
1 1 1 － 1 1.5 0 0 － － 8 13.5 |
2 0 1 － 1 1 0 0 － 0 5 10 |
79 9 56 17 8.5 19.5 30 2.5 27 1 260 509.5 |
表4 北美TPE市场应用情况及预测 (kt)
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市场份额 |
1985年 |
1990年 |
1995年 |
2000年 |
|
轻型车/其他运输工具 工业产品 制鞋 医疗制品 电线电缆 其他市场 美国TPE使用量 加拿大TPE使用量 北美塑料需求量 北美橡胶需求量 |
44.5 45.8 58.6 10.9 12.7 19.1 174.8 16.8 21 946.4 2 996.8 |
72.2 71.3 65.8 27.2 21.8 33.6 266.0 25.9 28 942.5 3 593.4 |
111.2 109.0 61.3 49.9 36.3 49.9 380.4 37.2 34 231.6 3 881.7 |
168.0 161.2 59.0 84.0 54.5 72.6 545.7 53.6 39 906.6 4 176.8 |
表5 TPE在医疗制品方面的应用
|
应 用 |
TPE类型 |
优 点 |
|
伤口绷带 药品输送 血浆收集 渗析导管 婴儿奶嘴 导管 仪器手柄 针头(管)防尘罩 悬浮筏密封 O型密封件 输液(给养） 泵(供气液) 导管 |
共聚多酯 共聚多酯 TPV TPV 苯乙烯共聚物 苯乙烯共聚物 TPE TPE TPV TPV TPU TPU TPU |
防止细菌进入、可置换水分 保证适宜水分渗透率 移走注射器后可防止空气进入 与硅橡胶相比明显改善了耐久性 与NR或硅橡胶相比改善了耐咬耐撕裂性能 与NR相比，改善了清洁度和尺寸稳定性 与TSR相比，提高了设计的灵活性 降低医疗成本，低萃取率 提高了柔软性，不含增塑剂 注射器使用安全，降低了生产成本 透明，尺寸稳定 耐化学品性能接近玻璃 与聚氯乙烯(PVC)相比，提高了耐辐射性 |
可见，SBC耗用量最多，其次是TPO，而TPV用量也不少，汽车仍将是TPE的第一大消费领域，全球汽车TPE用量已由1990年的4.0 kg/辆增至1995年的6.3 kg/辆。美国1995年汽车（主要为轿车和轻型卡车）产量1 300万辆，单车TPE用量12.7 kg/辆。据预测［4］，目前欧洲TPE总消费量为465 kt,其中汽车消费占首位，消费量可达160.8 kt，占总量的1/3以上，平均消费增幅可达7%。TPE在汽车工业中的用途主要是三个方面：汽车外部件、内部件和发动机室内的部件，其中保险杠是汽车外部最大有形件。1990年北美轿车和轻型卡车保险杠消耗TPE为18 kt，1995年为45.4 kt，预计2000年、2005年其值将分别达到99.8 kt和127 kt,1995－2000年平均增长率为10.8%，目前欧洲每年平均约有33 kt的TPO用于生产汽车保险杠。TPE发展最快的应用领域当推医疗制品，美国和欧洲的医疗制品生产商以每年10%的比率增加TPE的使用量，更清洁、更安全等条件的要求使得TPE在更多医疗制品中崭露头脚，取代了TSR，从而带给TSR强大的竞争压力。
2.刺激TPE工业迅速发展和增长的催化剂－－＂Santoprene＂
在不断发展的TPE工业中，动态硫化工艺及增容技术等概念的引入，使得TPV品种牌号谱不断扩大，技术内涵不断延伸，从而发展成为TPE中最为迅速和最令人注目的一个热门领域，其中的典型产品有Santoprene及Geolast等。这些产品的出现刺激了TPE工业的迅速发展和增长。
有18 kt/a的三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)TPV生产线，固定资产总投资2 806万美元的Monsanto与Exxon的合资公司――AES公司，开发的Santoprene是完全交联型烯烃类弹性体，它系采用一种动态全硫化工艺，使EPDM颗粒(平均粒径＜1μm)完全分散到PP的连续基质中，是一种与硫化橡胶具有同等性能的高性能TPE。
Santoprene比重较水低，硬度范围35（邵氏A）到50（邵氏D），具有优良的耐热性、耐油性、弹性、强度，且循环再生性好，成型工艺简单。其屈挠疲劳性极高，在－51～66℃下即使经历上百万次的周期屈挠也不会破裂。Santoprene已有多种型号级别可供选择，且所有品级均可互相混配，以达到不同的阻燃、耐老化及硬度要求。AES公司近期又推出了“干型”Santoprene 8000系列产品，省去了加工前的预干燥工序，目前已有12个品级。此外，可通过中性色Santoprene掺用标准的聚烯烃色母料，制成任何颜色的Santoprene制品，配色容易。
Santoprene在成本及性能上无论是在TPE还是在TSR中都处于中间地位，但由于其性能范围较宽，因而有较高的性能成本比。
利用Santoprene的特性，可将其应用于汽车、建筑、机械、医疗、家电等领域，表6列出了Santoprene的一些典型用途。
表6 Santoprene用途一览［5］
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应 用 领 域 |
典 型 应 用 实 例 |
|
汽车部件 建筑工程 电子电器 用具 机械及工具 运动器械 |
空气管道，轴套，电缆护套，软管，车灯罩，防护罩，防振座，管件，挡风玻璃间隔条 门缝胶条，排水口密封，嵌装玻璃密封条，拱基，管子垫圈，卫生设备，屋顶边 电池壳，塞绳，电线及电缆绝缘及护套，按键焊盘膜片，矿山电缆，马达轴，支座，拼接带，终端插头，变压器外壳 鞋靴，防伸杆，小脚轮，联轴节，膜片，支脚，垫圈及垫片，齿轮，垫环，手柄，软管，密封件，管材，车轮 胶辊，胶接管接头及杆手柄，车轮，防冲杆，小脚轮，垫圈及垫片，手持工具的手柄及手把，软管外层胶 球拍手柄，球皮，步枪枪托垫，潜水呼吸器设备，滑雪雪杖手柄 |
应值得特别注意的是，Santoprene在汽车工业领域的应用已愈加深入［6］。奔驰公司用Santoprene作为其新的A级石英玻璃窗的密封材料，可提高部件性能，降低成本和重量，且具有极好的密封性、耐臭氧和耐紫外线辐射性；Santoprene高流动性牌号椨捕?邵氏A）为50、62和75，可用于车用门窗密封；Santoprene也用于高级工程传动袋装置；硬度(邵氏A)为55的牌号可取代各种TSR。
综上所述，Santoprene的出现激化了TPE与TSR的竞争，其优异的性能也使工程师及设计师在设计上有了更大的灵活性，相信随着社会进步与发展，Santoprene必将会有更为广阔的应用领域。
3.国内EPDM/PP TPE市场应用现状
我国早在80年代初即开始研究EPDM/PP TPE，并有一些产品投放市场。为了对国内EPDM/PP TPE在现行和未来市场中是否具有竞争力、品种是否新颖、是否具有高附加值等做进一步论证，特进行市场调查，走访了36家单位，就EPDM/PP TPE进行了调研分析。
（1）汽车工业：EPDM/PP TPE 在汽车行业的主要应用是做车体的外部配件，如保险杠罩、挡泥板部件、防尘罩、各种垫圈、防护条等；也可做汽车的内部配件，其中包括方向盘、密封件、轴封等，还可用作装饰板。
（2）电线电缆：EPDM/PP TPE具有优良的耐候性、高温使用性能和突出的电性能，因此，EPDM/PP TPE的又一重要应用方面是电线、电缆的绝缘层。
（3）其他用途：EPDM/PP TPE还可用于文体用品、家用电器及生活用品，如滑雪长筒靴、鞋底和鞋后跟、各种手柄、软管、垫圈等。这些方面的应用，其耐磨性和耐屈挠性可以和普通硫化橡胶竞争，胶管、胶带、模压橡胶制品、密封圈垫等均可用此类材料，它还可用作聚乙烯（PE）和PP的改性剂，以提高这些材料的抗冲击性能。
4.市场需求分析预测
1995年世界TPE消耗量为900 kt，占同年SR总耗量的10%；1999年TPE与SR耗量之比也约为1/10。据此并结合我国国民经济的发展速度及相关行业对TPE的实际需求等情况分析，2000年、2005年及2010年我国TPE/SR消耗构成比应设定为6%～9%、8%～10%、10%～12%；我国SR 2000年、2005年及2010年的需求量预计分别为900～1 000 kt、1 400～1 500 kt、1 800～2 200 kt（中国石油化工集团公司预测值），则TPE相应年份的需求量应分别为54～90 kt、112～150 kt、180～264 kt。
TPE中的TPO(包括TPV，国外TPV约占TPO的20％～25%）作为令人瞩目的优良材料得到迅速发展，TPO中的61%用于汽车业，17%用于工业制品，9%用于电线电缆，2%用于建筑领域。
根据国外TPO/TPE等于27%的比值，预计我国2000年、2005年及2010年TPO最低需求量应分别为15～24 kt、30～40 kt、48～71 kt。假定EPDM/PP TPE占据TPO中80%的市场份额，则EPDM/PP TPE需求量应分别为12～19 kt、24～32 kt、38～57 kt。
(1) 汽车行业TPE用量的预测
汽车工业是我国国民经济的支柱产业，是正在形成的一个新的经济增长点，也是孕育和刺激TPE发展的沃土。我国的汽车工业近年发展十分迅猛，至1997年，汽车生产厂商共有872家，产量达159万辆（其中轿车49万辆）。按照规划，到2000年我国汽车工业要形成300万辆/a的生产能力（其中轿车150万辆/a），到2010年达到600万辆的生产能力（其中轿车400万辆/a），预计到2000年，汽车产量270万辆，保有量将达2 120～2 300万辆，到2010年将达4 400～5 000万辆。汽车用橡胶制品中60%为轮胎，40%为各种胶管、胶带、油封、密封条、减震块、皮碗、防尘罩、档泥板等。平均每辆汽车橡胶配件多达500～600件，均重50 kg。在所使用的原材料中，TPE占据一定份额，其中主要是TPO和TPV。如果2000年每辆轿车TPE用量达到美国1990年水平（5.1 kg/辆），2005年达到7.3 kg/辆，2010年达到10.4 kg/辆（以TPE用量每年增长7.4%计算），则2000年及2010年轿车耗用TPE约分别达15 kt、62 kt。目前我国的轿车橡胶配件中，通用橡胶EPDM和丁腈橡胶(NBR)的用量最大，如上海桑塔纳EPDM 13.8 kg/辆，NBR 3.2 kg/辆；标致505 EPDM 25.5 kg/辆，NBR 2.9 kg/辆。而国外轿车平均用EPDM 4.3 kg/辆，NBR 1.3 kg/辆，这就为TPE中的EPDM/PP、NBR/PVC部分取代EPDM、NBR提供了较大的潜在市场。
(2) 电线电缆行业
EPDM/PP TPE可用作控制电缆、船用电缆及千伏级以上矿用电缆的包复材料，取代原有的氯丁橡胶(CR)、NR/丁苯橡胶(SBR)、氯磺化聚乙烯(CSM)、PVC等包复材料。采用EPDM/PP制作电缆包复皮和护套，电缆直接用塑胶机挤出，简化了生产工艺，这是电缆、电线行业生产上的重大改革。
沈阳电缆厂每年消耗EPDM/PP约达500 t，如果再加上天津、上海、郑州电缆厂及各省市级电缆厂（约6 000～7 000家），全年需求EPDM/PP 近10 kt。
(3) 建材行业
我国高分子防水片材的发展起步较晚，80年代初速度较快，从无到有相继开发了包括橡胶、塑料及橡塑并用等多种高分子材料在内的高分子防水片材，形成批量生产能力。许多新品种防水片材正在研究开发。TPE在国外防水片材中已广泛应用，国内尚未使用，但其前景看好。据估计，国内城乡住宅、工业建筑及公用设施年建造量达10×108m2，再加上旧房屋维修，对防水片材的需求量十分可观。按有关部门规划预测，高分子防水片材1990－2000年年均需40 kt。在西欧，以德国为例，所用高分子防水片材的45%为TPE。2000年我国所需TPE防水片材按高分子防水片材量的25%计算，则TPE需求量为10 kt。
(4) 密封制品
高档建筑物的铝合金门窗、火车、船舶、飞机门窗所用密封条以TPE（EPDM/PP）代替传统密封条材料，可提高使用寿命。因此，其用量不容忽视。
特别值得注意的是，国际运输行业使用的集装箱标准规定，其密封条必须是TPE（EPDM/PP），青岛密封件公司生产集装箱密封条，每条重7 kg，全年需EPDM/PP约200 t。随着我国对外贸易不断扩大，集装箱用量将会有很大增长，仅此一项每年需用TPE（EPDM/PP）将近千吨。
(5) 其他领域
印染、印刷用的胶辊，海岸用的输、排油胶管，石油化工、电力等行业用密封垫和圈均需耐油、耐温；铁轨、铁路及公路桥梁的减震垫等均可采用TPE（NBR/PP、NBR/PVC、EPDM/PP），有待进行技术开发，其TPE用量不能确切估算，但潜在市场十分广阔。
综上所述，EPDM/PP TPE这种新型材料势必会在不久的将来愈加显示出其勃勃生机，得到蓬勃发展。
鉴于国外TPE需求市场的不断扩大及我国EPDM/PP TPE市场的实际，建议：
(1) TPE科研开发上应加强彼此间合作，避免各树一帜，应集中力量对TPE产品进行纵向深入研究，从研究配方、工艺条件至应用、加工一条龙开发；还应尽早与加工应用单位联系，了解其需求，按需开发。
(2) 应合理调整产品布局，消化国内资源，避免无谓进口，节约外汇，因此在TPE产品方面应首先选择有国产化原料且有一定市场的EPDM/PP及NBR/PVC，不断拓宽其应用范围，尤其是应该确保EPDM/PP TPE在汽车领域消费的前提下，加快其在医用、耐热耐油零部件等方面的应用步伐,加大产品推广力度，抢占更多市场。
(3) 重视产品市场效应，强化产品宣传和后续技术服务水平。
(4) 继续完善TPE生产工艺，降低成本，增加其在市场中的竞争力。
(5) 利用TPE可回收利用、低毒、无污染等特点，提高环保意识，减轻环保压力，鼓励回收，以达到低投入高产出之目的。
