Термопластичный эластомер

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.

ИЮПАК определение

Термопластичный эластомер: Эластомер, содержащий термообратимую сетку. ^{[ 2 ]}

Типы

Существует шесть общих классов коммерческих ТПЭ (обозначения согласно ISO 18064) вместе с одной неклассифицированной категорией:

Стирольные блок-сополимеры, ТПС (TPE-s)
Термопластичные полиолефинэластомеры , ТПО (TPE-o)
Термопластичные вулканизаты , ТПВ (TPE-v или TPV)
Термопластичные полиуретаны , ТПУ (ТПУ)
Термопластичный сополиэстер, ТПК (TPE-E)
Термопластичные полиамиды, ТПА (ТПЭ-А)
Неклассифицированные термопластичные эластомеры, ТПЗ

Примеры

К материалам ТПЭ, принадлежащим к группе блок-сополимеров, относятся CAWITON†, MELIFLEX, THERMOLAST K†, THERMOLAST M†, Chemiton, Arnitel, Hytrel, Dryflex†, Mediprene, Kraton , Pibiflex, Sofprene†, Tuftec† и Laprene†.

† обозначает стирольные блок-сополимеры (ТПЭ).

Ларипур, Десмопан, Эстан, Тексин и Эластоллан являются примерами термопластичных полиуретанов (ТПУ).

Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene, ^{[ 3 ]} и Форпрен являются примерами материалов TPV.

Примерами соединений термопластичных олефиновых эластомеров (ТПО) являются For-Tec E или Engage. Ninjaflex используется для 3D-печати .

Критерии термопластичных эластомеров ^{[ 4 ]}

Чтобы квалифицироваться как термопластичный эластомер, материал должен обладать этими тремя основными характеристиками:

Способность растягиваться до умеренного удлинения и после снятия напряжения возвращаться к чему-то близкому к исходной форме.
Перерабатывается в виде расплава при повышенной температуре.
Отсутствие значительной ползучести

История

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.

Микроструктура

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-стирола (SBS), показанном справа. Полимер известен как Кратон и используется для изготовления подошв обуви и клеев . Из-за микротонкой структуры просвечивающий электронный микроскоп для ее изучения потребовался (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.

Преимущества

В зависимости от окружающей среды ТПЭ обладают выдающимися термическими свойствами и стабильностью материала при воздействии широкого диапазона температур и неполярных материалов. ^{[ 1 ]} ТПЭ потребляют меньше энергии для производства, легко окрашиваются большинством красителей и обеспечивают 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 .

Обработка

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 ]} термоформование и термосварка .

Приложения

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 термопластичных подложек, специально разработанные материалы TPS также охватывают широкий спектр технических применений - от автомобильного рынка до потребительских и медицинских товаров. Примерами являются поверхности с мягким захватом, элементы дизайна, переключатели и поверхности с подсветкой, а также уплотнения, прокладки или демпфирующие элементы. TPE 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 для наушников . кабелях ^{[ нужна ссылка ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Левенсалор, Алекс. «Преимущества Hytrel в современных ремнях» . Архивировано из оригинала 28 октября 2016 г. Проверено 27 октября 2016 г.
^ Алеман, СП; Чедвик, А.В.; Он, Дж.; Хесс, М.; Хори, К.; Джонс, Р.Г.; Краточвил, П.; Мейзель, И.; Мита, И.; Моад, Г.; Пенчек, С.; Степто, RFT (1 января 2007 г.). «Определения терминов, касающихся структуры и обработки золей, гелей, сетей и неорганических-органических гибридных материалов (Рекомендации ИЮПАК 2007 г.)» . Чистая и прикладная химия . 79 (10): 1801–1829. дои : 10.1351/pac200779101801 . S2CID 97620232 .
^ «Инновации в материалах» . www.hutchinson.com . Архивировано из оригинала 01 марта 2017 г. Проверено 27 февраля 2017 г.
^ «Термопластичные эластомеры (ТПЭ): полное руководство» . Омнексус . Специальная химия . Проверено 1 января 2024 г.
^ Воерн, Обри Л.; Пирс, Джошуа М. (30 октября 2017 г.). «Распределенное производство гибких изделий: техническая целесообразность и экономическая целесообразность» . Технологии . 5 (4): 71. doi : 10.3390/technologies5040071 .
^ «Стоит ли вкладывать деньги в гибкую нить для 3D-принтера? | 3DPrint.com | Голос 3D-печати/аддитивного производства» . 3dprint.com . 30 октября 2017 г. Проверено 10 марта 2018 г.
^ «Методы переработки термопластичных эластомеров-ТПЭ – Введение» . www.tut.fi. Проверено 27 октября 2016 г.
^ «ASTM D6878 / D6878M – 17 Стандартные спецификации для листовой кровли на основе термопластичного полиолефина» . www.astm.org . Проверено 18 марта 2018 г.

Дальнейшее чтение

П. Р. Льюис и К. Прайс, Полимер , 13, 20 (1972)
Выпуск энциклопедии «Современный пластик», середина октября, «Введение в TPE», страницы: 109–110.
Новейшие материалы и технологические разработки для спортивной одежды (Джоан Йип, 2020 г., стр. 66–67)

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б Левенсалор, Алекс. «Преимущества Hytrel в современных ремнях» . Архивировано из оригинала 28 октября 2016 г. Проверено 27 октября 2016 г.

[2] Алеман, СП; Чедвик, А.В.; Он, Дж.; Хесс, М.; Хори, К.; Джонс, Р.Г.; Краточвил, П.; Мейзель, И.; Мита, И.; Моад, Г.; Пенчек, С.; Степто, RFT (1 января 2007 г.). «Определения терминов, касающихся структуры и обработки золей, гелей, сетей и неорганических-органических гибридных материалов (Рекомендации ИЮПАК 2007 г.)» . Чистая и прикладная химия . 79 (10): 1801–1829. дои : 10.1351/pac200779101801 . S2CID 97620232 .

[3] «Инновации в материалах» . www.hutchinson.com . Архивировано из оригинала 01 марта 2017 г. Проверено 27 февраля 2017 г.

[4] «Термопластичные эластомеры (ТПЭ): полное руководство» . Омнексус . Специальная химия . Проверено 1 января 2024 г.

[5] Воерн, Обри Л.; Пирс, Джошуа М. (30 октября 2017 г.). «Распределенное производство гибких изделий: техническая целесообразность и экономическая целесообразность» . Технологии . 5 (4): 71. doi : 10.3390/technologies5040071 .

[6] «Стоит ли вкладывать деньги в гибкую нить для 3D-принтера? | 3DPrint.com | Голос 3D-печати/аддитивного производства» . 3dprint.com . 30 октября 2017 г. Проверено 10 марта 2018 г.

[7] «Методы переработки термопластичных эластомеров-ТПЭ – Введение» . www.tut.fi. Проверено 27 октября 2016 г.

[8] «ASTM D6878 / D6878M – 17 Стандартные спецификации для листовой кровли на основе термопластичного полиолефина» . www.astm.org . Проверено 18 марта 2018 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]