Войти
Термопластические эластомеры (TPE ), иногда называемые термопластическими каучуками, являются классом сополимеров или физической смесью полимеров (обычно пластика и резины), которые состоят из материалов, содержащих как термопласт, так и эластомер. В то время как большинство эластомеров являются термореактивными, термопласты, напротив, относительно просты в использовании в производстве, например, с помощью литья под давлением. Термопластические эластомеры демонстрируют преимущества, типичные как для резиноподобных материалов, так и для пластмассовые материалы. Преимущество использования термопластичных эластомеров заключается в их способности растягиваться до умеренного удлинения и возвращаться к своей почти исходной форме, создавая более длительные жизнь и лучший физический диапазон, чем другие материалы. Принципиальное различие между термореактивными эластомерами и термопластическими эластомерами заключается в типе сшивающей связи в их структурах. Фактически сшивание является критическим структурным фактором, который придает высокие эластичные свойства.
IUPAC определение Термопластический эластомер: Эластомер, содержащий термообратимую сеть.
Термопластичные полиуретаны Существует шесть общих классов коммерческих TPE (обозначения согласно ISO 18064):
Примеры материалов TPE, которые происходят из группы блок-сополимеров, среди которых CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Arnitel, Hytrel, Dryflex, Mediprene, Kraton, Pibiflex, Sofprene и Laprene. Среди этих стирольных блок-сополимеров (TPE-s) есть CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Sofprene, Dryflex и Laprene. Ларипур, десмопан или эластоллан являются примерами термопластичных полиуретанов (TPU). Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene или Forprene являются примерами материалов TPV. Примерами соединения термопластичных олефинов эластомеров (ТПО) являются For-Tec E или Engage. используется для 3D-печати.
Чтобы считаться термопластичным эластомером, материал должен обладать следующими тремя основными характеристиками:
Схематическая микроструктура блок-сополимера SBS ТПЭ стал коммерческим реальность, когда в 1950-х годах стали доступны термопластичные полиуретановые полимеры. В течение 1960-х годов стал доступен блок-сополимер стирола, а в 1970-х годах появился широкий спектр TPE. Мировое использование ТПЭ (680 000 тонн в год в 1990 году) растет примерно на девять процентов в год. Стирол-бутадиеновые материалы обладают двухфазной микроструктурой из-за несовместимости между блоками полистирола и полибутадиена, причем первые разделяются на сферы или стержни в зависимости от точного состава. Материал с низким содержанием полистирола является эластомерным с преобладающими свойствами полибутадиена. Как правило, они обладают гораздо более широким диапазоном свойств, чем обычные сшитые каучуки, поскольку состав может варьироваться в зависимости от конечных целей строительства.
Блок-сополимер SBS в TEM Блок-сополимеры интересны тем, что они могут «разделяться на микрофазу» с образованием периодических наноструктур, как в блок-сополимере стирола-бутадиена-стирола (SBS), показанном справа. Полимер известен как Kraton и используется для изготовления подошв обуви и клеев. Из-за тонкодисперсной структуры для исследования структуры был необходим просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). Бутадиеновую матрицу окрашивали тетроксидом осмия для обеспечения контраста изображения. Материал был изготовлен методом живой полимеризации, так что блоки почти монодисперсны, что помогает создать очень регулярную микроструктуру. Молекулярная масса блоков полистирола на основном изображении составляет 102000; на вставке - молекулярная масса 91 000, что дает домены чуть меньшего размера. Расстояние между доменами было подтверждено с помощью малоуглового рассеяния рентгеновских лучей, метода, который дает информацию о микроструктуре. Поскольку большинство полимеров несовместимы друг с другом, образование блок-полимера обычно приводит к разделению фаз, и этот принцип широко используется с момента введения блок-полимеров SBS, особенно в тех случаях, когда один из блоков является высококристаллическим. Одним исключением из правила несовместимости является материал норил, где полистирол и полифениленоксид или ППО образуют непрерывную смесь друг с другом.
Схема кристаллического блок-сополимера Другие TPE имеют кристаллические домены, в которых один вид блока совместно кристаллизуется с другим блоком в соседних цепях, например, в сополиэфирных каучуках, достигая того же эффекта, что и в блок-полимерах SBS. В зависимости от длины блока домены обычно более стабильны, чем последние, благодаря более высокой температуре плавления кристалла. Эта точка определяет температуры обработки, необходимые для придания формы материалу, а также конечные температуры использования продукта. Такие материалы включают Hytrel, сополимер сложного полиэфира и простого полиэфира, и Pebax, сополимер нейлона или полиамида и простого полиэфира.
В зависимости от окружающей среды ТПЭ обладают превосходными термическими свойствами и стабильностью материала при воздействии широкого диапазона температур и неполярных материалов. ТПЭ потребляют меньше энергии для производства, легко окрашиваются большинством красителей и обеспечивают экономичный контроль качества. TPE требует небольшого смешивания или вообще не требует добавления усиливающих агентов, стабилизаторов или отвердителей. Таким образом, отсутствуют вариации компонентов взвешивания и дозирования от партии к партии, что приводит к улучшению согласованности как сырья, так и готовых изделий. Материалы TPE потенциально могут быть переработаны, поскольку их можно формовать, экструдировать и повторно использовать, как пластмассы, но они обладают типичными эластичными свойствами каучуков, которые не подлежат вторичной переработке из-за их термореактивных характеристик. Их также можно измельчить и превратить в нить для 3D-печати с помощью recyclebot.
Двумя наиболее важными методами производства с TPE являются экструзия и литье под давлением. Теперь TPE можно печатать на 3D-принтере, и было показано, что они экономически выгодны для изготовления изделий с использованием распределенного производства. Компрессионное формование используется редко, если вообще используется. Изготовление методом литья под давлением происходит очень быстро и очень экономично. Как оборудование, так и методы, обычно используемые для экструзии или литья под давлением обычного термопласта, обычно подходят для TPE. ТПЭ также можно обрабатывать с помощью выдувного формования, календарного планирования плавления, термоформования и тепловой сварки.
ТПЭ используются там, где обычные эластомеры не могут обеспечить диапазон физических свойств, необходимых в продукте. Эти материалы находят широкое применение в автомобильном секторе и в секторе бытовой техники. В 2014 году мировой рынок ТПЭ достиг объема ок. 16,7 млрд долларов США. Около 40% всей продукции TPE используется в производстве автомобилей. Например, сополиэфирные TPE используются в гусеницах снегоходов, где жесткость и устойчивость к истиранию имеют первостепенное значение. Термопластические олефины (ТПО) все чаще используются в качестве кровельного материала. TPE также широко используются для катетеров, где нейлоновые блок-сополимеры предлагают диапазон мягкости, идеально подходящий для пациентов. Смеси термопластичного силикона и олефина используются для экструзии стекол и динамических герметизирующих автомобильных профилей. Блок-сополимеры стирола используются в подошвах для обуви из-за простоты обработки и широко используются в качестве клея. Благодаря непревзойденным возможностям двухкомпонентного литья под давлением для различных термопластичных подложек, инженерные материалы TPS также охватывают широкий спектр технических применений, от автомобильного рынка до потребительских и медицинских товаров. Примерами таких поверхностей являются мягкие ручки, элементы дизайна, переключатели и поверхности с задней подсветкой, а также уплотнения, прокладки или демпфирующие элементы. TPE обычно используется для изготовления втулок подвески для автомобильных применений из-за его большей устойчивости к деформации по сравнению с обычными резиновыми втулками. В отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC ) термопласты переживают рост благодаря функциональности, экономической эффективности и адаптируемости для преобразования пластмассовых смол в различные покрытия, вентиляторы и корпуса. TPE может также использоваться в медицинских устройствах, оболочке электрического кабеля и внутренней изоляции, секс-игрушках и некоторых кабелях для наушников.
