在热塑性弹性体行业，硬度是一个定义材料触感、功能与加工性能的基础标尺。它与柔软度、弹性模量直接相关，是产品设计选型的首要参数之一。然而，生产实践中最令人困扰的情况之一是：预期的柔软触感未曾到来，得到的制品却比标准偏硬。这不仅违背设计初衷，更可能引发装配困难、密封不良、手感不佳等一系列连锁问题，导致批次报废或客户投诉。多年来，处理过无数起硬度偏离案例，我深刻认识到，硬度偏硬很少是单一变量的偶然失误，而是材料配方内在特性、加工过程外力塑造、测试条件外部解读三者之间复杂作用的综合结果。理解这一现象，需要穿透简单的数值比较，深入到TPE的微观相态世界与宏观工艺历史的每一个细节中去。

硬度本质与TPE的相态结构关联

硬度，作为材料抵抗局部压入或划痕的能力的表征，在TPE领域通常使用邵氏硬度计（Shore A, Shore C, Shore D）来衡量。其读数直接反映了材料在一定条件下的弹性模量。对于TPE这类多相体系，硬度并非单一物质的属性，而是其微观相态结构的宏观体现。TPE的经典海岛结构中，柔软的橡胶相（如SEBS、SBS的中间段）构成连续的海相，提供弹性和形变能力；而坚硬的塑料相（如PP、PS端段）作为分散的岛相或物理交联点，提供强度和定形能力。因此，最终制品的实测硬度，从根本上取决于两相的比例、各自的固有模量、以及两相之间界面结合的强弱与均匀性。任何导致塑料相比例相对增加、橡胶相软化效果减弱、或两相混合均匀性下降的因素，都会在邵氏硬度计上表现为指针向更高刻度偏移，即我们所说的硬度偏硬。

配方设计与原材料：硬度设定的遗传密码

硬度问题的源头，绝大多数可以追溯到配方设计与原材料选择阶段。这里是硬度值的遗传密码所在，后续工艺只能在此范围内进行调整，而难以颠覆其根本设定。

基础聚合物体系的选择与配比

不同种类的TPE基料有着天生的硬度范围。例如，SEBS基TPE通常能做到更软的区间（低至Shore A 10以下），而SBS基TPE则相对较硬。即使在同一种基料内，橡胶相与塑料相的本体比例是决定硬度的首要杠杆。塑料相（如聚丙烯PP）的含量越高，材料整体硬度必然上升。许多时候，为了追求更高的拉伸强度、更好的耐温性或更低的成本，会倾向于提高PP的添加比例，这直接导致了硬度的上扬。此外，塑料相本身的种类也有关键影响。均聚PP相比共聚PP能提供更高的刚性，使用前者作为塑料相，即使比例相同，所得TPE也会更硬。橡胶相的分子量同样重要，高分子量的橡胶链能形成更有效的缠结网络，理论上有利于承载，但在宏观硬度测试中，若其未被充分塑化或与其他组分相容不佳，可能表现为局部的僵硬感。

增塑体系：关键的软化引擎及其失效

增塑剂，特别是白油、环烷油等操作油，是调节TPE硬度的最主要工具。它们渗入橡胶相的分子链间，起到润滑和扩大自由体积的作用，从而降低橡胶相的玻璃化转变温度，赋予材料柔软性。增塑剂添加量不足是导致硬度偏硬最常见也是最直接的配方原因。 这可能源于配方计算错误、称量失误，或是为了控制成本而主动降低油量。另一方面，增塑剂的种类选择不当也会失效。不同型号的白油其分子结构与芳烃含量不同，与特定SEBS/SBS的相容性有最佳范围。选择相容性差的油品，其增塑效率低下，大量油可能无法有效插入分子链间，反而以游离态存在，不仅软化效果差，还可能引起表面发粘或后期析出。此外，如果基础聚合物本身的分子量过高或结构特殊，可能需要更高的加油量才能达到目标硬度，若沿用常规配方，就会得到偏硬的产品。

填充体系：刚性的引入者

填料的加入几乎总是以提高硬度为代价。碳酸钙、滑石粉、二氧化硅等无机刚性粒子，其模量远高于TPE基体。它们分散在基体中，如同在柔软的橡胶海绵中掺入了沙子，对外力的抵抗能力自然增强，表现为硬度上升。填充量超出预定范围，是又一个导致硬度意外偏硬的典型场景。 有时为了追求极致的低成本，或在不知情的情况下使用了填充量较高的母粒，都会造成此结果。更隐蔽的问题是填料的粒径与表面处理。粒径过细或未经表面活性处理的填料，容易团聚，形成局部的高刚性区域，这些区域在硬度测试中贡献了异常高的阻力，导致整体读数偏高。

其他添加剂与杂质的意外影响

一些功能性添加剂的副作用常被低估。例如，为提高耐温性而添加的某些树脂（如高苯乙烯树脂）、为改善耐磨性而加入的聚合物助剂（如某些高硬度弹性体片段），或为增强阻燃性而大量使用的无机氢氧化物，都会显著提升整体硬度。此外，原材料中的杂质，如低分子齐聚物、催化剂残留、或外来高刚性污染物，虽然量少，但若恰好分布在测试区域，也可能干扰测量结果。尤其需要注意的是回收料的使用，多次加工后的回料可能因降解而导致分子结构变化，其增塑剂也有损失，重新造粒后加入，往往会带来不可预测的硬化效应。

配方因素类别	具体原因	导致偏硬的机理	对其它性能的可能影响
基础聚合物	塑料相（如PP）比例过高	物理交联点密度增加，限制橡胶相运动	弹性下降，可能变脆
增塑体系	操作油添加量不足	橡胶相分子链间润滑不足，活动性差	材料僵直，伸长率低
填充体系	填料（如CaCO3）超量添加	刚性粒子稀释并束缚了弹性基体	密度增加，韧性可能下降
添加剂与杂质	引入高刚性功能助剂或杂质	在基体中形成高模量“硬点”	可能影响流动性与表面光泽

加工工艺：对材料结构的重塑与锁定

即使配方精准无误，加工过程就像一位雕塑家，其对材料微观结构的最终塑造，直接决定了制品出模时所展现的硬度。

塑化与混合工艺：均匀性的基石

加工的首要任务是实现各组分的完全熔融与均匀分散。塑化不良是导致硬度偏硬且不均的一个关键工艺症结。加工温度设置偏低，或物料在螺杆中受到的剪切混合不充分，会导致一个严重后果：操作油未能充分渗入橡胶相的网络结构中。 油料以微小液滴的形式孤立地存在于基体中，而非发挥其应有的增塑作用。这使得橡胶相实质上处于“欠增塑”状态，宏观表现为硬度高于预期，且制品不同部位的硬度可能波动较大，因为油的分布不均。同样，填料若未能均匀分散，形成团聚，也会在局部创造出异常坚硬的点。

热机械历程：降解与结构变化

与塑化不足相反，过度加热或剪切则是另一个极端。过高的熔体温度或过长的停留时间，可能导致TPE中橡胶相的热氧降解。降解意味着分子链的断裂，分子量下降。对于依赖分子链缠结来提供弹性的网络而言，这削弱了其整体性。然而，在某些情况下，降解也可能伴随轻微的交叉耦合反应，反而使结构变得松散而僵硬。更重要的是，过度的螺杆剪切会使物料产生大量的剪切热，并可能引发机械降解，同样破坏橡胶相的分子完整性。 这种被破坏的结构往往丧失了部分柔顺性，感觉上会偏硬、发脆。对于SBS等含有不饱和双键的材料，这种热剪切降解更为敏感。

冷却与定型过程：相态结构的最终定格

熔体从模头挤出或从模具型腔射出后，冷却速度的快慢决定了塑料相结晶的完善程度和相分离结构的形态。冷却速度过快，是导致硬度偏硬的常见工艺外因。 当熔体接触到低温的模具或冷却介质时，表层急速固化。这不仅会在制品内部产生内应力，更重要的是，对于PP等结晶性塑料相，过快的冷却会抑制其形成完整、尺寸较大的球晶，而是形成大量细小而不完善的晶体。大量细小晶粒作为物理交联点，其总体积和束缚能力可能更强，使得材料硬度增加，同时韧性可能变差。相反，适度的缓慢冷却允许塑料相形成更完善的晶体结构，相分离也更充分，往往能得到硬度更接近材料本征值且综合性能更好的制品。

后收缩与时效效应

TPE制品在脱模后，其尺寸和性能并未完全静止。残余应力释放、塑料相的后结晶以及增塑剂等小分子组分的迁移重组，都会随时间进行。通常，制品在成型后的24至72小时内会有一个硬度小幅上升并趋于稳定的过程，这被称为时效硬化。如果在制品未完全稳定前就进行硬度测试，尤其是刚刚冷却不久就测试，测得的数值可能偏高。此外，如果制品设计导致局部壁厚差异巨大，厚壁区域中心冷却极慢，其内部的缓慢结晶和后收缩会对整个部件的硬度分布产生影响。

工艺因素类别	具体原因	导致偏硬的机理	工艺调整方向建议
塑化混合	温度偏低，剪切混合不足	增塑剂分散不均，橡胶相未充分溶胀	适当提高加工温度，优化螺杆转速与背压
热机械历史	熔温过高或剪切过度	橡胶相分子链降解，结构遭破坏	降低加热温度与螺杆转速，缩短停留时间
冷却过程	冷却速度过快	塑料相结晶不完善，形成大量细小晶核	提高模具/冷却介质温度，采用缓冷措施
成型后处理	过早测试（时效未完成）	后结晶与应力松弛未达平衡	规范测试条件，统一在成型24小时后测试

设备、模具与测试：外部条件的偏差

硬件设备的状态、模具的设计以及最终的测试方法，构成了硬度测量的最终环节，其中的任何偏差都可能将合格的产品误判为偏硬。

加工设备的状态与精度

挤出机或注塑机的状态不稳定，会间接导致硬度波动。温控系统失灵，如加热圈功率衰减或热电偶测温漂移，会造成实际加工温度低于设定值，从而导致上述的塑化不良问题。螺杆和机筒的磨损会导致输送效率下降和塑化不均，新料与可能存在的回料混合比例不稳定，进而影响硬度的一致性。喂料系统的不稳定，如填料或母粒的喂料器出现波动，会造成配方实际执行的瞬时偏差。

模具设计的影响

模具，尤其是冷却系统的设计，对最终制品的硬度有区域性影响。模具冷却水路布局不均，会导致制品各部分冷却速度差异显著。冷却最快的区域硬度往往最高。如果硬度测试点恰好位于这样的快速冷却区域，读数就会偏高。流道与浇口设计不当导致填充过程中有过大的剪切生热，也可能在局部引起材料降解，从而使该区域硬度异常。

硬度测试的条件与方法

硬度测试本身是一门需要严格规范的操作，许多硬度偏硬的投诉最终被发现是测试误差。试样厚度不足是首要错误。 根据标准，邵氏A硬度测试要求试样厚度至少6毫米。如果使用薄片测试，下压时试样底部会受到支撑台面的影响，导致读数显著偏高，材料显得更硬。测试环境温度过低是另一个常见因素。 TPE是高分子材料，其模量随温度下降而升高。如果在低温环境中（如冬季未开空调的车间）测试，硬度值会比在标准温湿度条件下（23±2°C）高出数个 Shore A 点。测试操作不规范，如下压速度过快、压针与试样表面接触时间不足（标准为压紧后1秒内读数）、压针未垂直压入、或试样背面不平整等，都会引入人为误差。甚至不同品牌、不同新旧程度的硬度计之间也存在系统误差，未定期用标准垫片校准的硬度计，其读数毫无可比性。

系统性诊断与硬度调整综合策略

面对硬度偏硬的问题，切忌盲目调整。一个系统性的诊断流程能高效定位根源。

第一步：确认现象与基准。首先核实测试方法和条件是否符合标准。用标准厚度试块，在标准温湿度下，使用校准过的硬度计重新测试。确认偏硬的数值是绝对偏差（如要求60A，实测70A）还是相对于以往批次的相对偏差。

第二步：追溯与检查。检查本次生产所使用的原料批次是否与过往成功批次一致，包括基础聚合物、操作油、填料等。审查生产工艺记录，对比关键参数（各段温度、螺杆转速、冷却条件）是否有变动。检查设备，如温控仪表、喂料器等是否工作正常。

第三步：分析与验证。如果条件和工艺均无问题，则需深入材料内部。可以尝试将偏硬的粒子重新在实验室小型设备上以温和工艺条件造粒并压片测试，如果硬度恢复正常，则问题很可能出在之前的加工过程（如过度剪切或冷却过快）。如果依然偏硬，则基本断定是配方或原料问题。进一步可以做熔指测试，对比新旧料流动性，熔指变小可能暗示降解或填料增多；可以做TGA分析，粗略判断油和填料的实际含量。

硬度调整策略需对症下药。如果是配方原因，最直接的调整是在后续批次中适当增加操作油的添加比例，或更换增塑效率更高的油品。减少填料用量或选用更细、经过更好表面处理的填料。如果因性能平衡无法大幅调油，可考虑换用更低硬度的基础聚合物牌号，或适量引入更柔软的弹性体组分。

如果是工艺原因，则重点优化塑化和冷却。确保加工温度足够以使物料完全熔融、油份充分吸收。降低过高的螺杆转速以减少剪切热和降解。最关键的是，调整冷却工艺，尝试提高模具温度或降低冷却水流速，给予更充分的缓慢冷却时间，这对降低硬度和改善综合性能往往效果显著。

如果是测试或设备原因，则需立即规范测试流程，校准仪器，并维修保养相关设备。

相关问答

问：我们使用同一批TPE原料，注塑出来的产品硬度正常，但挤出成型的产品硬度就偏硬，这是为什么？

答：这突出体现了两种加工方式的差异。注塑是短时间、高剪切、并在封闭模腔内保压冷却的过程，模具温度相对较高且可控。挤出则是连续过程，熔体通过狭小口模时承受持续剪切，且挤出后通常在开放空间（水槽或空气）中冷却，冷却速度更快、更剧烈。您遇到的情况很可能是因为挤出后的冷却速度过快，导致塑料相（如PP）结晶结构不完善，形成了更多细小的晶核作为物理交联点，从而提升了硬度。此外，挤出过程中的螺杆剪切历史如果比注塑更强烈，也可能导致轻微的降解。解决方法首先是减缓挤出后的冷却速度，如提高冷却水槽水温、增加水槽与口模的距离或采用分段冷却。其次检查挤出加工温度是否足够，确保塑化均匀。

问：为了降低硬度，我可以无限度地增加操作油的用量吗？

答：绝对不能。操作油的添加存在一个饱和限度，超过该限度，多余的油将与TPE基体相容性变差，以游离态析出。这会导致一系列严重问题：制品表面发粘、油腻；力学性能（拉伸强度、撕裂强度）急剧下降；在高温或长期使用下，油分会大量迁移析出，导致制品变干、变硬甚至开裂。增加油量是降低硬度的有效手段，但必须在保证材料不发生明显喷油、且力学性能满足要求的前提下进行。通常需要通过实验确定特定配方的最佳用油范围。

问：测试环境温度对TPE硬度的影响有多大？有没有大概的经验系数？

答：影响非常显著。TPE的硬度具有明显的温敏性。经验表明，温度每降低10°C，邵氏A硬度可能上升约3~8个点，具体数值取决于TPE的配方体系（油含量、橡胶相种类）。例如，一个在23°C下测得为60A的制品，在10°C的环境中测试，硬度可能达到65A以上。因此，严格规定在标准实验室温湿度条件下进行硬度测试是数据可比性的前提。车间现场测试数据仅能作为生产控制的快速参考，但不能作为最终的合格判定依据。

问：我们发现制品表面硬度比内部硬度要高，这是什么原因造成的？

答：这通常是不均匀冷却的典型特征，也称为“皮芯效应”。制品表面在与冰冷的模具接触时瞬间冷却固化，不仅冷却速度快，而且分子链段（特别是塑料相）被快速冻结，取向程度可能更高，结晶结构也更细密。而制品内部冷却缓慢，有更充分的时间进行分子链松弛和形成更完善的晶体结构。表层这种快速冻结形成的致密、高取向结构，其模量更高，因此表现为表面更硬。改善的方向是适当提高模具温度，让表层冷却不要太剧烈，使从表到里的冷却梯度变得平缓。

问：如果短期内无法更改配方或模具，有什么快速的工艺方法来缓解硬度偏硬的问题？

答：有几个工艺参数可以优先尝试调整，以期快速改善。第一，也是最有效的方法之一，是尝试提高模具温度。这是为了减缓冷却速度，允许更充分的相分离和结晶，往往能有效降低几个点的硬度。第二，在不引起降解的前提下，适当提高熔体温度，以确保塑化更充分，油分分散更均匀。第三，对于注塑，可以适当提高保压压力并延长保压时间，这有助于减少因收缩不均形成的内部张力，有时能使制品手感更扎实而非僵硬。第四，确保材料已充分干燥，潮湿的原料可能导致塑化不良和微观缺陷，间接影响硬度表现。这些调整需逐一尝试并观察效果。

结论

TPE弹性体硬度偏硬，是一个从分子配方设计开始，贯穿混炼制程、加工成型，直至最终测试评价的全链路问题。它可能肇始于配方单上一个被忽略的百分比数字，可能酝酿于螺杆中一段异常的温度轨迹，可能成型于模具内一股过于急促的冷流，也可能定格在硬度计上一次不规范的操作之中。解决这一问题，要求我们具备系统性的思维，既要精通材料各组分如何协同作用构成硬度的本底，又要明察工艺参数如何像一双无形之手重塑材料的最终形态，还要严谨规范测量这把标尺本身的准确性。在追求目标硬度的道路上，没有孤立的参数，只有相互关联、彼此制约的系统。每一次对硬度偏差的成功溯源与修正，都是对TPE这种复杂而精巧的材料体系更深层次的理解，也是制造过程走向精准与可控的坚实一步。唯有如此，我们才能确保每一批TPE制品，不仅硬度达标，更能在触感与功能上，忠实还原设计的初衷。

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