Термопластичные эластомеры ( ТПЭ ), иногда называемые термопластичными каучуками ( ТПР ), представляют собой класс сополимеров или физическую смесь полимеров (обычно пластика и каучука), которые состоят из материалов как с термопластичными , так и с эластомерными свойствами.
Хотя большинство эластомеров являются термореактивными , термопласты, напротив, не так легко использовать в производстве, например, путем литья под давлением . Термопластичные эластомеры обладают преимуществами, типичными как для эластичных материалов, так и для пластмасс. Преимущество использования термопластичных эластомеров заключается в способности растягиваться до умеренного удлинения и возвращаться к своей почти исходной форме, что обеспечивает более длительный срок службы и лучший физический диапазон, чем у других материалов. [1]
Принципиальное различие между термореактивными эластомерами и термопластичными эластомерами заключается в типе сшивающей связи в их структурах. Фактически, сшивка является критическим структурным фактором, который придает высокие эластичные свойства.
Термопластичный эластомер: Эластомер, содержащий термообратимую сетку. [2]
Существует шесть общих классов коммерческих ТПЭ (обозначения согласно ISO 18064) вместе с одной неклассифицированной категорией:
† обозначает стирольные блок-сополимеры (ТПЭ).
Чтобы квалифицироваться как термопластичный эластомер, материал должен обладать этими тремя основными характеристиками:
ТПЭ стал коммерческой реальностью, когда в 1950-х годах стали доступны термопластичные полиуретановые полимеры. В 1960-х годах стал доступен блок-сополимер стирола, а в 1970-х годах появился широкий спектр ТПЭ. Мировое использование ТПЭ (680 000 тонн в год в 1990 году) растет примерно на девять процентов в год.
Бутадиен-стирольные материалы обладают двухфазной микроструктурой из-за несовместимости блоков полистирола и полибутадиена , причем первые распадаются на сферы или стержни в зависимости от точного состава. Благодаря низкому содержанию полистирола материал является эластомерным с преобладанием свойств полибутадиена. Как правило, они обладают гораздо более широким диапазоном свойств, чем обычные сшитые каучуки, поскольку их состав может варьироваться в зависимости от конечных целей конструкции.
Блок-сополимеры интересны тем, что они могут «микрофазно разделяться» с образованием периодических наноструктур, как в блок-сополимере стирола, бутадиена и стирола (SBS), показанном справа. Полимер известен как Кратон и используется для изготовления подошв обуви и клеев . Из-за микротонкой структуры для ее изучения потребовался просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). Бутадиеновую матрицу окрашивали четырехокисью осмия для обеспечения контрастности изображения.
Материал был изготовлен методом живой полимеризации , поэтому блоки являются почти монодисперсными , что помогает создать очень регулярную микроструктуру. Молекулярная масса полистирольных блоков на основной картинке – 102 000; на вставке молекулярная масса составляет 91 000, что дает домены немного меньшего размера. Расстояние между доменами было подтверждено методом малоуглового рентгеновского рассеяния — 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 появления блок-полимеров SBS, особенно когда один из блоков является высококристаллическим. Единственным исключением из правила несовместимости является материал Noryl , в котором полистирол и полифениленоксид или ППО образуют непрерывную смесь друг с другом.
Другие ТПЭ имеют кристаллические домены, в которых один тип блоков сокристаллизуется с другим блоком в соседних цепях, например, в сополиэфирных каучуках, достигая того же эффекта, что и в блок-полимерах СБС. В зависимости от длины блока домены, как правило, более стабильны, чем последние, из-за более высокой температуры плавления кристаллов . Эта точка определяет температуру обработки, необходимую для придания формы материалу, а также конечную температуру эксплуатации продукта. К таким материалам относятся Hytrel, сополимер полиэфира и простого полиэфира, и Pebax , сополимер нейлона или полиамида и простого полиэфира.
В зависимости от окружающей среды ТПЭ обладают выдающимися термическими свойствами и стабильностью материала при воздействии широкого диапазона температур и неполярных материалов. [1] Производство ТПЭ потребляет меньше энергии, легко окрашивается большинством красителей и обеспечивает экономичный контроль качества. TPE практически не требует компаундирования, без необходимости добавления армирующих добавок, стабилизаторов или систем отверждения. Таким образом, отсутствуют различия в весовых и дозирующих компонентах от партии к партии, что приводит к улучшению однородности как сырья, так и готовых изделий. Материалы ТПЭ потенциально подлежат вторичной переработке, 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 свойств. Их также можно измельчить и превратить в нить для 3D-печати с помощью робота-переработчика .
Двумя наиболее важными методами производства ТПЭ являются экструзия и литье под давлением. ТПЭ теперь можно печатать на 3D-принтере , и было доказано, что производство продукции с использованием распределенного производства экономически выгодно . [5] [6] Компрессионное формование используется редко, если вообще когда-либо. Изготовление методом литья под давлением является чрезвычайно быстрым и очень экономичным. И оборудование, и методы, обычно используемые для экструзии или литья под давлением обычного термопласта, обычно подходят для ТПЭ. ТПЭ также можно обрабатывать методами выдувного формования , каландрирования из расплава, [7] термоформования и термосварки .
ТПЭ используются там, где обычные эластомеры не могут обеспечить диапазон физических свойств, необходимых для продукта. Эти материалы находят широкое применение в автомобильном секторе и секторе бытовой техники. Например, сополиэфирные ТПЭ используются в гусеницах снегоходов , где жесткость и устойчивость к истиранию имеют большое значение. Термопластичные олефины (ТПО) все чаще используются в качестве кровельного материала. [8] ТПЭ также широко используются для катетеров , где нейлоновые блок-сополимеры обеспечивают мягкость, идеальную для пациентов. Термопластичные смеси силикона и олефинов используются для экструзии стекол и динамических уплотнителей автомобильных профилей. Блок-сополимеры стирола используются в подошвах обуви из-за простоты обработки и широко в качестве клеев.
Благодаря своим непревзойденным возможностям в области двухкомпонентного литья под давлением различных термопластических подложек, разработанные материалы TPS также охватывают широкий спектр технических применений, начиная от автомобильного рынка и заканчивая потребительскими и медицинскими продуктами. Примерами являются поверхности с мягким захватом, элементы дизайна, переключатели и поверхности с подсветкой, а также уплотнения, прокладки или демпфирующие элементы. ТПЭ обычно используется для изготовления втулок подвески для автомобильной техники из-за его большей устойчивости к деформации по сравнению с обычными резиновыми втулками. Термопласты получили широкое распространение в отрасли отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха ( HVAC ) благодаря своей функциональности, экономической эффективности и адаптируемости для модификации пластиковых смол в различных крышках, вентиляторах и корпусах. TPE также может использоваться в медицинских устройствах, оболочке и внутренней изоляции электрических кабелей , секс-игрушках и некоторых кабелях для наушников . [ нужна цитата ]
