TPE材料硬度受哪些因素影响？

TPE(热塑性弹性体)材料的硬度受多种因素影响，这些因素通过改变材料的分子结构、相态分布或添加剂作用来调节其硬度特性。以下从配方组成、加工工艺、结构设计、环境因素四大维度进行详细分析，并结合实际应用案例说明：

一、配方组成的影响

基体树脂与橡胶相比例

硬段（基体树脂）含量：如SEBS基TPE中，苯乙烯（PS）硬段比例越高，材料硬度越大。例如，PS含量从25%增加到35%，硬度可从Shore A 60提升至Shore A 85。

橡胶相（软段）含量：丁二烯（PB）或乙烯-丁烯（EB）等软段比例增加会降低硬度。例如，EB含量从50%增加到70%，硬度可能从Shore A 70降至Shore A 40。

案例：某鞋材厂通过调整SEBS中PS与EB的比例，将硬度从Shore A 50调整至Shore A 90，满足不同鞋底需求。

填充剂与增塑剂

填充剂：碳酸钙、滑石粉等无机填料可提高硬度。例如，添加30%碳酸钙可使硬度提升10-15 Shore A，但会降低弹性。

增塑剂：石蜡油、环烷油等增塑剂会降低硬度。例如，添加20%环烷油可使硬度从Shore A 80降至Shore A 60。

案例：某线缆厂通过添加15%滑石粉，将TPE护套硬度从Shore A 75提升至Shore A 85，同时降低成本。

交联剂与硫化体系

动态硫化：TPV（动态硫化TPE）中橡胶相交联程度越高，硬度越大。例如，EPDM/PP型TPV的交联度从60%提升至80%，硬度可从Shore A 60增至Shore A 75。

过氧化物交联：在TPU中添加过氧化物可形成轻度交联，硬度提升5-10 Shore A。

案例：某汽车密封条厂通过优化TPV的硫化工艺，将硬度从Shore A 70调整至Shore A 90，满足高强度密封需求。

二、加工工艺的影响

加工温度与压力

温度：提高加工温度可降低熔体粘度，促进填料分散，但过高温度可能导致降解，硬度下降。例如，SEBS基TPE加工温度从180℃升至220℃，硬度可能降低3-5 Shore A。

压力：注射压力增加可提高材料致密度，硬度略有提升。例如，注射压力从80 MPa增至120 MPa，硬度可提升1-2 Shore A。

案例：某玩具厂通过优化注塑工艺，将TPE玩具硬度从Shore A 30稳定至Shore A 35，减少批次差异。

冷却速率

快速冷却：抑制结晶或相分离，硬度略低；缓慢冷却促进结晶，硬度提升。例如，TPU在模具中缓慢冷却（10℃/min）比快速冷却（50℃/min）硬度高2-3 Shore A。

案例：某电子按键厂通过控制模具冷却时间，将TPE按键硬度从Shore A 55调整至Shore A 60，改善触感。

后处理工艺

退火处理：消除内应力，硬度可能略有下降。例如，TPV在80℃退火2小时，硬度降低1-2 Shore A。

辐照交联：通过电子束或γ射线辐照，可提高硬度。例如，辐照剂量100 kGy可使TPU硬度提升5-8 Shore A。

案例：某医疗器械厂通过辐照交联，将TPE导管硬度从Shore A 65提升至Shore A 75，满足导管支撑性要求。

三、结构设计的影响

共混与复合结构

多层共挤：通过硬层与软层交替排列，实现硬度梯度。例如，三层共挤TPE管材（硬-软-硬结构）可兼顾柔韧性与支撑性。

微孔发泡：引入微孔结构可降低硬度。例如，发泡TPE密度从1.0 g/cm³降至0.8 g/cm³，硬度降低10-15 Shore A。

案例：某运动器材厂通过微孔发泡技术，将TPE握把硬度从Shore A 80降至Shore A 65，提升握持舒适性。

分子链结构

分子量：高分子量TPE硬度略高，因分子链缠结增强。例如，SEBS分子量从10万增至20万，硬度提升2-3 Shore A。

链段排列：规整的链段排列促进结晶，硬度提升。例如，聚酯型TPU的链段排列比聚醚型更规整，硬度高5-10 Shore A。

案例：某高端线缆厂通过选用高分子量TPU，将护套硬度从Shore A 90提升至Shore A 95，增强耐磨性。

四、环境因素的影响

温度与时间

高温老化：长期高温环境可能导致材料软化，硬度下降。例如，TPV在120℃老化1000小时，硬度降低5-8 Shore A。

低温脆化：低温下硬度可能升高，但韧性下降。例如，TPU在-40℃时硬度增加10-15 Shore A，但易脆裂。

案例：某汽车内饰件厂通过添加抗氧剂，将TPE材料在100℃老化500小时后的硬度变化从-10 Shore A控制在-3 Shore A以内。

介质作用

油品与溶剂：接触油品或溶剂可能导致增塑剂析出，硬度下降。例如，TPU接触矿物油后，硬度降低8-12 Shore A。

紫外线：紫外线照射可能导致材料降解，硬度下降。例如，未添加光稳定剂的TPE在户外暴晒6个月，硬度降低15-20 Shore A。

案例：某户外用品厂通过添加UV吸收剂，将TPE材料在户外暴晒1年后的硬度变化从-20 Shore A控制在-5 Shore A以内。

五、TPE硬度调节方法总结

影响因素	调节方法	硬度变化范围	应用场景
基体树脂比例	增加硬段（如PS）含量	Shore A +10至+30	高硬度鞋底、密封条
填充剂	添加碳酸钙、滑石粉	Shore A +5至+20	低成本线缆护套、玩具
增塑剂	增加油品含量	Shore A -10至-30	软质握把、医疗导管
交联度	提高动态硫化程度或辐照剂量	Shore A +5至+15	高强度密封件、汽车零部件
加工温度	降低加工温度	Shore A +1至+5	保持硬度稳定性
冷却速率	缓慢冷却	Shore A +2至+5	提高结晶度，增强硬度
发泡工艺	引入微孔结构	Shore A -10至-20	轻量化运动器材、包装材料
环境老化	添加抗氧剂、光稳定剂	硬度变化控制在±5 Shore A	户外用品、汽车内饰

六、实际应用建议

根据需求选择TPE类型

高硬度需求：选用SEBS基TPE或TPV，增加硬段比例或填充剂。

低硬度需求：选用TPU或低分子量SEBS，增加增塑剂含量。

优化加工工艺

控制加工温度与冷却速率，避免硬度波动。

通过退火或辐照处理，微调硬度。

考虑环境适应性

在高温或户外环境中，添加抗氧剂、光稳定剂或选择耐老化TPE。

避免与油品或溶剂长期接触，或选用耐化学性TPE。

硬度梯度设计

通过共挤或复合工艺，实现硬度梯度，兼顾柔韧性与支撑性。

七、总结

TPE材料的硬度调节是一个多因素协同作用的过程，需综合考虑配方、工艺、结构与环境的影响。通过优化配方组成（如调整基体树脂与橡胶相比例、添加填充剂或增塑剂）、控制加工工艺（如温度、压力、冷却速率）、设计合理结构（如共混、发泡）以及考虑环境适应性（如抗老化、耐化学性），可实现TPE硬度的精准调控，满足不同应用场景的需求。