Struktur thermoplastischer Elastomere

Obwohl die Synthesemethoden verschiedener Typen von blockcopolymerbasierten TPE unterschiedlich sind und sich ihre spezifischen Strukturen und Eigenschaften unterscheiden können, weisen sie dennoch den wichtigsten gemeinsamen Nenner auf: Es handelt sich um Blockcopolymere, die meist als mikrophasengetrennte Systeme vorliegen. Dies verleiht ihnen bestimmte gemeinsame mechanische Zustände und physikalische Eigenschaften. Solche Systeme bestehen typischerweise aus einem geringen Anteil an harten Segmenten (mit einer Tg oder Tm über Raumtemperatur) und einem hohen Anteil an weichen Segmenten(mit einer Tg unter Raumtemperatur). Beide Blocktypen erfüllen spezifische Funktionen: In diesen Systemen aggregieren die harten Segmente zu kleinen morphologischen Mikrobereichen, die als physikalische Vernetzungen und Füllstoffe wirken. Die weichen Segmente hingegen sind hochflexible Ketten mit großer Rotationsfreiheit, die gummiähnliche Elastizität und Weichheit bereitstellen. Dies wird durch eine ungewöhnliche zweiphasige Morphologie ermöglicht, deren schematische Darstellung und TEM-Aufnahmen. Die Zweiphasenstruktur entsteht durch mikrophaseninduzierte Separation, bei der sich die harten Segmente innerhalb der elastischen Matrix der weichen Segmente zu dispergierten harten Mikrodomänen (10–30 nm) aggregieren – erkennbar als sphärische Partikel . Diese Domänen bilden starke interkettige Assoziationen durch Van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen oder ionische Wechselwirkungen, wodurch thermisch reversible physikalische Vernetzungen entstehen. Diese physikalischen Vernetzungen übernehmen dieselbe Funktion wie chemische Vernetzungen in vulkanisierten Elastomeren. Folglich zeigen TPE ähnlich hohe Festigkeiten und elastische Rückstellvermögen wie chemisch vernetzte Elastomere.  veranschaulicht dies anhand der Spannungs-Dehnungs-Kurven von TPE mit ABA- oder (AB)_n-Struktur während Zugbelastung und Entlastung.

Vernetzte Domänen der harten Segmente in TPE
Im Gegensatz zu chemisch vulkanisierten Elastomeren werden die harten Mikrodomänen in TPE bei Temperaturen über ihrer T_g oder T_m weich oder schmelzbar, wodurch sie sich mittels Schmelzverarbeitung verarbeiten lassen. Zusätzlich verstärken diese glasartigen oder kristallinen harten Mikrodomänen das elastomere Material und verleihen ihm hohe Festigkeit. Dies liegt an folgenden Faktoren:

①Die harten Mikrodomänen bilden eine separierte Phase;

②Sie weisen eine ideale Größe und Homogenität auf;

③Die chemische Bindung zwischen harten und weichen Segmenten gewährleistet die Haftfestigkeit zwischen den Phasen.

Bei thermoplastischen Elastomeren, die durch dynamische Vulkanisation hergestellt werden, besteht die elastische Phase aus hochvernetzten Mikrogummi-Partikeln, während die harte Phase typischerweise aus thermoplastischem Kunststoff besteht. Eine große Anzahl dieser vernetzten Gummipartikel ist gleichmäßig in einer kontinuierlichen thermoplastischen Matrix (mit geringem Massenanteil) dispergiert. Die Aggregatzustandsstruktur und SEM-Aufnahmen dieser Morphologie sind. Die dichten weißen Partikel in den SEM-Bildern entsprechen den vernetzten Gummipartikeln. Die hochvernetzten Gummipartikel bilden eine dispersierte Phase ohne chemische Bindungen untereinander, was dem Material die hohe Elastizität vulkanisierter Elastomere verleiht. Gleichzeitig umhüllt die geringe Kunststoffphase (z. B. 20 Massenprozent) die vernetzten Partikel als kontinuierliche Phase und ermöglicht so hervorragende thermoplastische Fließfähigkeit und Rezyklierbarkeit. Innerhalb der Gummipartikel sind komplexe Komponenten wie Vernetzer, Füllstoffe, Weichmacher, Alterungsschutzmittel und Haftvermittler enthalten. Im Vergleich zu konventionellen Compoundierverfahren zeigen dynamisch vulkanisierte TPE-Materialien deutlich verbesserte Eigenschaften.

Die Aggregatzustandsstruktur von einfach mechanisch gemischten TPO unterscheidet sich von den oben genannten Systemen. Hier zeigen Elastomer- und Kunststoffphase eine ko-kontinuierliche oder bikontinuierliche Morphologie, wie.