tpe热塑性弹性体材料有几种度数？

在热塑性弹性体（TPE）的选型与应用过程中，硬度是一个无法绕开且至关重要的核心参数。它不仅是材料数据表上排在首位的物理指标，更是连接材料设计、产品功能和用户体验的桥梁。从业内经验来看，关于TPE度数的问题，往往指向一个更深层的需求：如何在纷繁复杂的材料选项中，找到那一款硬度恰好满足产品设计、手感要求、装配需求和成本控制的理想牌号。本文将深入解析TPE热塑性弹性体材料的硬度体系，超越简单的数字罗列，从测试标准、应用映射、配方原理到选型策略，为您构建一个完整而专业的认知框架。

理解硬度：TPE材料性能的第一道门槛

硬度，通俗地讲，是材料抵抗外物压入其表面的能力。对于TPE而言，硬度是其微观结构——即软段与硬段相态分离程度与比例的宏观体现。一个较高硬度的TPE，通常意味着其材料内部物理交联点（硬段相）更密集、更坚固，或是软段本身的模量较高。反之，一个低硬度的TPE，则表明软相占据主导，材料更为柔软、易变形。

理解TPE的度数，绝不能孤立地看一个数字。它是一系列性能的起点和指示器，与拉伸强度、回弹性、压缩永久变形、加工流动性乃至触感都存在着千丝万缕的内在关联。选择正确的硬度，是确保产品实现预期功能、具备舒适手感并通过耐久性测试的先决条件。

TPE硬度的度量衡：主要测试标准解析

国际上对橡胶和弹性体硬度有多种测量标准，适用于TPE的主要有以下几种。不同的标准适用于不同的硬度范围，了解其区别是正确解读数据的前提。

邵氏硬度（Shore Hardness）

这是TPE行业最通用、最广为人知的硬度标准，由Albert Shore发明。邵氏硬度计通过测量规定形状的压针在特定弹簧力作用下压入材料的深度来换算硬度值。压入越浅，硬度值越高。对于TPE，最常用的是邵氏A（Shore A）和邵氏D（Shore D）两种标尺。

邵氏A（Shore A）：适用于中等硬度到软质弹性体。其压针为一个平头的圆锥体，弹簧力较轻。测量范围通常从0（极软，类似橡皮泥）到100（理论上极硬，接近硬质塑料，但实际中超过95A的材料通常已开始考虑使用D标尺）。TPE中，从极其柔软的手感材料到中等偏硬的材料，都用邵氏A来度量。例如，柔软的密封条、有弹性的手握柄、软胶玩具等，其硬度描述多为邵氏A度数。

邵氏D（Shore D）：适用于较硬的弹性体和软质塑料。其压针是一个尖锐的针尖，弹簧力比A标尺大得多。测量范围从0到100，但实践中用于TPE时，多用于硬度超过邵氏A 90以上的材料，以提供更精确的区分。例如，高硬度的鞋底、车轮、工程结构件等。当材料用邵氏A测量已接近或达到95以上时，其真实的力学性能用邵氏D标尺描述更为准确和科学。

这里存在一个常见的误区：认为邵氏A和D是线性衔接的，比如认为100A等于0D。这是不正确的。两种标尺的压针几何形状和弹簧力完全不同，其读数之间没有精确的数学换算关系。它们衡量的是材料在不同载荷下的不同响应。通常，邵氏A 95的材料，其邵氏D值大约在30-40之间，但这只是一个经验参考，并非绝对。

邵氏硬度测试需遵循标准流程（如ASTM D2240, ISO 868），包括规定的试样厚度、测试平台、压针与试样接触后的读数时间（通常为1秒或3秒即时读数，或15秒延迟读数）。读数时间不同，结果会有差异，因此在对比不同数据时，必须确认测试条件是否一致。

国际橡胶硬度（IRHD）

国际橡胶硬度标准在欧洲应用更为广泛，尤其在轮胎和某些工程橡胶制品领域。IRHD的原理与邵氏硬度有相似之处，但测试仪器的具体构造、压头形状和作用力有差异。其标尺通常分为：IRHD-M（微型，用于薄试样）、IRHD-N（常规）和IRHD-H（高硬度）。对于许多TPE，特别是TPV等，其邵氏A值与IRHD-N值在常规硬度范围内（30A-90A）可能非常接近，常常被视为可以近似互换。但在严格的规格书中，仍需明确指定使用何种标准。在涉及与欧洲供应商合作或遵循欧洲标准的设计时，可能会遇到IRHD指标。

其他硬度标准

除了上述主流标准，在特定场合下还可能遇到：

洛氏硬度（Rockwell R, L, M标尺）：主要用于更硬的塑料，对于一些高硬度的TPEE或增强型TPU，有时会使用洛氏硬度作为参考。

球压痕硬度（Ball Indentation Hardness）：依据ISO 2039标准，适用于所有塑料，通过测量一定负荷下钢球在材料表面产生的压痕深度来计算。它在某些工程塑料的规格中会出现。

表观硬度（如“OO”标尺）：这是一种更偏向于定性描述的经验标尺，常用于描述非常柔软的材料。例如，一些极度柔软的凝胶或硅胶类材料，用邵氏A已难以精确测量（可能低于0A），便会采用诸如“00-30”、“00-40”这样的标尺来描述。部分超软TPE也会参考此类描述。

以下表格对比了TPE领域最核心的两种邵氏硬度标尺：

对比项目	邵氏A (Shore A)	邵氏D (Shore D)
适用硬度范围	较软至中等偏硬 (典型: 0~95)	较硬至硬质 (典型: 30~95)
压针形状	平头圆锥体	尖锐针尖
弹簧力	较小	较大
主要应用材料	软质TPE, 通用橡胶	高硬度TPE, 软质至半硬塑料
常见TPE举例	软触感包胶(50A-80A), 密封条(60A-80A)	高负荷脚轮(50D-60D), 工程结构件(70D+)

TPE硬度全景图：从超软到高硬的应用谱系

TPE的硬度范围极其宽广，从类似凝胶的极软质感，到接近工程塑料的坚硬状态，都有相应的材料可以实现。这个范围并非由单一化学种类的TPE覆盖，而是不同种类的TPE各有其优势硬度区间，通过配方设计进行精细调节。

超软区间（邵氏A 0~30）

这个区间的材料具有类似橡皮泥、软凝胶或人体肌肉的触感，按压变形明显，回弹缓慢而柔和。实现如此低的硬度，通常依赖于SEBS/SBS基的TPE，通过大量填充矿物油或液态增塑剂来大幅降低硬度。这类材料可能难以用标准邵氏A硬度计精确测量，有时会使用邵氏OO标尺或特殊探头。

核心特性：极高的柔软度、优异的形变能力、温和的阻尼感（吸收震动和冲击）、密封性佳。
应用挑战：机械强度低、易产生永久变形、加工时可能粘模、对油脂敏感。
典型应用：
• 极高端的柔软触感部件，如奢侈电子产品保护套、高端手柄。

• 仿生材料，如玩具模型、仿真部件。

• 高密封性垫片、缓冲垫。

• 某些医疗接触部件，需要极致柔软以减少压力。

软质区间（邵氏A 30~70）

这是TPE应用最集中、最活跃的区间。材料手感柔软但有明确支撑感，回弹适中至良好。这个区间是SEBS/SBS基TPE、TPV、部分软质TPU的主战场。

核心特性：良好的弹性与柔软度的平衡、舒适的握持感、多样的表面质感（可从干爽到黏腻）、易于包胶成型。
应用挑战：需在柔软度、强度、耐磨和耐刮擦之间取得平衡；不同配方的触感差异极大。
典型应用细分：
• 30A-50A：非常柔软，用于高压缩密封条、缓冲减震垫、某些医用导管、超软握把。

• 50A-70A：黄金手感区间。广泛应用于各类软触感包胶产品：电动工具手柄、日用工具把手、牙刷握把、电子产品外壳包覆层、汽车内饰按键、鞋材中底等。TPV在此区间（如60A左右）是汽车玻璃导槽、门窗密封条的绝对主力。

中硬区间（邵氏A 70~95， 邵氏D 20~50）

材料开始感觉更有韧性，按压需要明显加大力度，回弹迅速。这个区间是TPU、高硬度SEBS基TPE、TPV、以及TPEE和TPAE的较低硬度型号的竞争领域。

核心特性：较高的机械强度和模量、优异的回弹性、良好的耐磨性（尤其TPU）、可承受较高负载。
应用挑战：手感可能偏“硬”，需要设计来优化触感；加工流动性需精细控制。
典型应用细分：
• 70A-90A：高负荷密封件、工业用滚轮（外围包覆）、传送带、鞋底（尤其工作鞋）、运动器材握把、无人机减震球。

• 90A-95A / 20D-40D：材料性能处于从“弹性体”向“刚性塑料”过渡的区域。常用于需要高刚性但仍有微弹性的结构件，如某些卡扣、紧固件、工具外壳、高性能鞋底（如登山鞋）、滑轮。TPU在此范围表现突出。

高硬与工程塑料区间（邵氏D 50以上）

材料感觉坚硬，仅能通过指甲感受到轻微压痕，弯曲时有刚性。这个区间主要由TPU、TPEE、TPAE以及用大量填料增强的SEBS/TPV化合物占据，某些高硬度的PVC基TPE也可达此范围。

核心特性：接近工程塑料的拉伸强度和弯曲模量、优异的抗蠕变性、耐高温、耐疲劳。
应用挑战：失去大部分橡胶般的柔软触感；加工需要更高的温度和压力。
典型应用：
• 50D-70D：重型脚轮、齿轮、联轴器、汽车节气门连接管、运动鞋防扭片。

• 70D以上：已进入工程塑料范畴，如某些需要极高刚性和耐热的结构件，例如汽车安全气囊外壳（TPEE）、高性能齿轮（TPEE/TPAE）、电气连接器。

以下表格概括了不同硬度区间的TPE材料选择与典型应用：

硬度区间 (邵氏)	触感与特性描述	主要TPE类型	典型应用举例
0A – 30A	极软，凝胶感，慢回弹	高充油SEBS基TPE	超软握把，缓冲垫，仿真玩具
30A – 70A	柔软，弹性好，舒适触感	SEBS基，TPV，软质TPU	工具手柄，密封条，日用消费品包胶
70A – 95A / 20D-50D	柔韧，有支撑感，回弹快	TPU，高硬度SEBS，TPV，TPEE/TPAE（低硬度）	工业滚轮，鞋底，传动带，结构件
50D 以上	坚硬，刚性高，微弹性	TPU，TPEE，TPAE，增强型化合物	工程结构件，齿轮，高负荷零件

硬度背后的科学：影响TPE硬度的关键因素

一个TPE化合物的最终硬度，是其配方成分与微观结构共同作用的结果。理解这些因素，才能主动地选择和调整材料，而非被动地接受现有牌号。

基础聚合物类型

这是决定硬度范围的“基因”。不同化学结构的TPE，其固有的模量（刚度）差异很大。
• SEBS/SBS基TPE：通过调整苯乙烯（硬段）与橡胶段（软段）的比例、分子量，以及充油量，可以在极软（0A）到较硬（95A）的广阔范围内灵活设计。这是其最大的配方优势之一。

• TPU：其硬度主要由软段类型（聚酯/聚醚）和长度，以及硬段比例决定。商业TPU硬度范围通常从约70A到85D。聚酯型TPU通常比相同硬度的聚醚型TPU模量稍高，感觉更“硬挺”。

• TPEE：由于含有大量结晶性聚酯硬段，其通常硬度较高，主要集中在35D到80D之间，较难做到很软。

• TPAE：基于尼龙硬段，硬度范围可从较软的70A左右到高硬的75D，高性能牌号覆盖较宽。

• TPV：硬度由EPDM橡胶与PP的比例及交联度控制，范围通常为40A到50D。

增塑剂与填充油

这是调整SEBS/SBS基TPE和PVC基TPE硬度的最主要手段。加入石蜡油、环烷油等矿物油或某些合成增塑剂，可以有效地降低硬度、增加柔软度、改善低温韧性。油的添加量是配方设计的核心机密之一。然而，过量的油会导致油脂析出（冒油）、物理性能下降、耐老化变差。增塑剂在PVC基TPE中作用类似，但可能面临迁移风险。

填料与增强剂

填料的加入通常是为了提高硬度、增加刚性、降低成本或赋予特殊功能。
• 惰性填料：如碳酸钙、滑石粉、高岭土。大量添加会显著提高硬度，降低弹性，但成本降低。

• 增强性填料：如二氧化硅、炭黑。在提高硬度的同时，能提升拉伸强度、撕裂强度和耐磨性。

• 增强纤维：如玻璃纤维。这是大幅提高硬度、模量和耐热性的最强手段，但会严重损害冲击强度和弹性，使材料变得“脆硬”，失去橡胶感。

在配方中，增塑剂和填料的作用是相反的。一个优秀的配方工程师，需要在油、填料、基础聚合物和其他助剂之间找到精妙的平衡，以达到目标硬度，并同时满足其他所有性能要求。

发泡

通过物理或化学方法在TPE中引入微孔，形成发泡TPE。这能极大地降低材料的表观密度和表观硬度，获得非常柔软、轻盈且有压缩感的材料。发泡SEBS基TPE广泛用于运动鞋中底、瑜伽垫、缓冲包装材料。发泡后，材料的硬度和压缩永久变形需要用专门的方法评估。

硬度选择实战指南：从产品需求到材料度数

面对一个具体产品开发项目，如何确定最合适的TPE硬度？这需要一个系统性的思考过程。

第一步：定义功能需求（功能驱动硬度）

– 密封与防水：需要材料在压缩下产生足够的密封力，同时又能填补间隙。通常选择中低硬度（30A-70A）的材料。过软可能支撑力不足，过硬则压缩应力大且可能填充不实。动态密封（如门窗密封条）还需考虑回弹速度，硬度会偏中高（60A-80A）。
• 减震与缓冲：需要材料吸收冲击能量。中等偏低硬度（40A-60A）且具有适当阻尼特性的材料是首选。对于高频振动，可能需要更软且有粘弹性的材料。

• 握持与触感：这是主观感受，但也遵循规律。工具手柄需要兼顾舒适和操控，通常50A-70A是“黄金区间”。高端消费电子产品（如手机壳）可能追求更柔软（40A-60A）或更扎实（70A-80A）的不同手感。表面纹理（光滑、磨砂、花纹）会极大地影响触感，与硬度需协同设计。

• 结构承载：需要材料具备一定刚性以保持形状、承受负荷。例如脚轮、齿轮，硬度需在90A以上或邵氏D 40以上，甚至使用TPEE、高硬度TPU。

• 耐磨与耐刮：通常需要较高的硬度和材料本身的耐磨性。TPU在85A-95A范围表现出优异的耐磨性，适合做滑轮、鞋跟。

第二步：考虑装配与使用环境（约束条件修正硬度）

– 装配方式：如果是过盈配合（卡扣、压入），材料需要足够的硬度和强度以承受装配应力，同时要有适当的弹性以允许变形和卡入。如果是包胶成型，需考虑软硬胶的结合力，以及软胶在注塑时对硬胶件的冲击，通常包胶层硬度不宜过低（一般建议高于邵氏A 50）。
• 使用温度：TPE的硬度会随温度变化。高温下材料变软，低温下变硬变脆。选择时，需确保在最高使用温度下，材料不能变得过软而丧失功能（如密封失效）；在最低使用温度下，不能变得过硬而失去弹性或开裂。

• 动态疲劳：长期处于动态弯曲、压缩状态的部件（如传动带、连续开闭的密封条），需选择压缩永久变形和动态生热低的材料，其硬度稳定性要好。TPV、TPEE在这方面通常优于普通SEBS基TPE。

第三步：匹配加工工艺（工艺可行性验证硬度）

– 注塑成型：流动性（熔融指数MI）是关键。通常，在相同化学体系下，硬度较高的TPE，其流动性可能相对较好（因为硬段含量高，分子链更易滑动）。但超软的TPE因含油量高，也可能有很好的流动性，但强度低。需要根据产品壁厚、流长来选择合适的硬度和熔指牌号。
• 挤出成型：需要材料具有适当的熔体强度和拉伸性能，以防止型材下垂或变形。中高硬度的TPV、TPU挤出性能稳定。超软材料挤出时可能难以定型。

• 二次加工（如包胶）：硬度直接影响包胶效果。太软的材料可能在注塑时被冲走或包裹不全；太硬则可能因冷却收缩差异导致结合力下降或制件翘曲。与基材（如PP、ABS、PC、PA）的硬度匹配是重要课题。

第四步：获取样品与测试验证（最终确认）

理论分析和数据表只是起点。最终必须通过打样和测试来验证。应向材料供应商索取目标硬度的多个候选牌号样品（可能来自不同基础聚合物体系），进行以下工作：
1. 手感与外观评估：亲自触摸、弯曲、按压，感受其真实的软硬、弹性、干爽或粘腻感。
2. 功能模拟测试：制作简易模具或使用标准样条，模拟实际使用条件进行测试。如密封性测试、压缩回弹测试、装配测试。
3. 关键物性测试：在标准实验室条件下，测试其硬度、拉伸强度、伸长率、撕裂强度、压缩永久变形、耐化性等，并与数据表对比。
4. 加工性评估：在试模机上观察材料的塑化、流动、脱模情况，检查制品是否有飞边、缩水、气泡等缺陷。

只有通过实际验证，才能确定选定的硬度（及背后的具体材料牌号）是否真的满足所有要求。这是一个螺旋上升的优化过程，可能需要反复微调。

超越硬度数字：综合性能的平衡艺术

硬度是起点，但不是终点。在锁定一个硬度范围后，必须考虑与该硬度相关联的其他关键性能，这些性能往往相互制约。

硬度 vs. 拉伸强度/撕裂强度：通常，随着硬度增加，拉伸强度和撕裂强度会上升，但达到一个峰值后可能下降。需要找到满足硬度要求下强度足够的点。
硬度 vs. 伸长率：通常，硬度越低，伸长率越高（更易拉长）。高弹性应用需要高伸长率配合适当的硬度。
硬度 vs. 回弹与压缩永久变形：回弹率高的材料感觉更“Q弹”，压缩永久变形低意味着密封件能长期保持密封力。TPV、TPU通常在较宽硬度范围内比充油SEBS有更优的压缩永久变形性能。
硬度 vs. 耐磨性：耐磨性不完全取决于硬度。TPU在相同硬度下，其耐磨性通常远优于SEBS基TPE和TPV。
硬度 vs. 耐温性：通常，高硬度的TPE（特别是TPEE、TPAE）因其更多的硬段/结晶结构，具有更高的热变形温度。但充油降低SEBS基TPE硬度的同时，也会降低其耐温上限。
硬度 vs. 成本：在SEBS基TPE中，通过充油降低硬度是降低成本的有效方法（油比聚合物便宜）。但加入特殊添加剂、使用高性能基础聚合物（如TPEE、TPAE）来获得高硬度和高性能，则会显著增加成本。

因此，选择TPE是一个多维度的优化问题。设计师和工程师必须在硬度、机械性能、环境耐受性、加工性能和成本之间，根据产品的优先级做出权衡和决策。没有“最好”的材料，只有“最适合”特定应用的材料。

常见问题解答（Q&A）

问：我看到材料数据表上硬度写着“Shore A 60±5”，这个±5的范围是合理的吗？如何理解？
答：这是完全合理且常见的公差表述。±5 Shore A是TPE材料一个比较典型的硬度生产公差范围。造成波动的原因包括原材料批次的微小差异、生产混炼工艺的波动、测试样条制备和测试环境的细微变化。这个公差意味着，您购买的这一牌号材料，其硬度值可能在55A到65A之间。对于大多数应用，此范围是可接受的。关键应用可能会要求更严的公差（如±3A），但这可能提高成本。在设计和装配时，应考虑到此公差带带来的性能波动。

问：为什么我感觉两个标称硬度相同的TPE样品，实际手感一个偏软一个偏硬？
答：这是实践中经常遇到的情况，原因有多方面：1）测试差异：虽然都标邵氏A，但可能测试厚度、读数时间（瞬时值vs.延迟值）、仪器校准状态不同。2）配方差异：即使最终硬度相同，一个可能是SEBS高充油配方，另一个可能是TPV或低充油配方。前者可能感觉更“绵软”，回弹慢；后者感觉更“韧弹”，回弹快。3）表面效应：表面光泽度、纹理会影响触感。光滑表面感觉更硬，磨砂表面感觉更软。4）温度：样品温度不同，手感差异明显。因此，判断材料必须依靠标准测试条件下的数据并结合实物样件评估。

问：我需要一种硬度约80A的TPE来包胶ABS，在选择时除了硬度还要特别关注什么？
答：包胶应用是TPE的经典用途，选择时需系统考量：1）粘接力：这是首要考量。必须选择明确标注与ABS有良好粘接性的专用包胶牌号。粘接力取决于TPE配方中是否有与ABS相容的极性组分。2）加工温度匹配：TPE的加工温度需略低于ABS的变形温度，以免使ABS基材变形。3）收缩率匹配：TPE与ABS的收缩率应尽可能接近，以减少冷却后内应力导致的翘曲或开裂。4）弹性模量匹配：虽然硬度都是80A，但模量可能有差异。模量相差过大会在受力时于结合处产生应力集中。因此，必须向供应商说明是用于包胶ABS，并索取专用牌号进行粘接力测试（如剥离测试）。

问：如何测量不规则或很小TPE制品的硬度？
答：标准硬度测试要求试样有足够的厚度和平整的表面。对于不规则小制品，常规方法可能不适用。可以采用：1）叠加法：将多个同种材料的薄片或小零件叠至超过6毫米厚度，再测量，但需确保叠层间无空隙。2）微型硬度计：使用专门用于薄片或小部件的微型邵氏硬度计（如IRHD-M标尺对应的仪器）。3）回弹硬度或球压痕法：这些方法对试样形状要求相对宽松。4）截面测量：在不影响产品的情况下，切割出足够厚度的截面进行测量。最准确的方式是与材料供应商沟通，确定合适的测试方法。

问：TPE材料的硬度会随时间或使用环境变化吗？
答：会的，这是材料老化的重要表现。主要有以下原因：1）物理老化：对于一些材料，内部结构随时间缓慢趋向更稳定状态，可能导致硬度轻微上升。2）化学老化：最常见。增塑剂或油的迁出、挥发，会导致硬度显著上升（变硬）。紫外线、臭氧、热量会引发聚合物链降解或进一步交联，通常也导致变硬变脆。3）环境介质：接触某些溶剂或油脂，材料可能溶胀（暂时变软）或抽提出可溶成分（永久变硬）。因此，在产品设计寿命内，必须评估材料在真实使用环境下的硬度变化是否在可接受范围内，这需要通过加速老化试验（如热老化、UV老化、液体浸泡）来预测。

问：我想开发一个新产品，但对所需TPE的硬度没有概念，第一步该怎么做？
答：这是产品开发的常见起点。建议按以下步骤：1）寻找参照物：找到市场上功能、手感最接近您理想目标的产品或部件。2）主观评估与测量：用手感受其软硬、弹性，并尝试用硬度计测量其大致硬度（注意这可能不准，但有参考价值）。3）功能分解>：抛开具体材料，列出该部件必须实现的所有功能（如：缓冲5mm行程的冲击、提供干爽防滑握感、承受每天10次按压等）。4）咨询专业供应商：带着参照物、功能列表和你的主观描述，联系有经验的TPE材料供应商。他们的应用工程师能根据经验，推荐2-3个不同硬度、不同化学体系的牌号供您打样测试。这是最高效的启动方式。