ТЕРМОЕЛАСТОПЛАСТИ нові розробки
ТЕРМОЕЛАСТОПЛАСТИ: нові розробки
Термоеластопласти (ТЕП) останнім часом привертають велику увагу, оскільки вони є областю полімерної промисловості, що найбільш швидко розвивається. Застосовність ТЕП практично універсальна, тому все більше людей прагнуть дізнатися про їх властивості, щоб стежити за останніми технологіями.
Розвиток технологій зумовлює зростання видів продукції ТЕП, які можна застосовувати на комерційній основі. У цьому ситуація лише ускладнюється, оскільки асортимент комерційної продукції кожному вигляді також різко зростає. У цій статті наведено короткий огляд останніх розробок у галузі ТЕП полімерів, нової продукції в різних групах ТЕП продуктів та її можливостей.
Огляд ТЕП ТЕП – це полімери з механічними властивостями еластомерів, проте за способом переробки є термопластиками. У цілому нині, структура ТЕП і двох мікроскопічних фаз: одна низкомодульная і легко деформируемая, а друга – жорстка, виконує функції зв'язку між пружно-эластичными зонами. Такі властивості зумовлюють можливість зміни внутрішніх механічних характеристик ТЕП від пружно-еластичного полімеру до полімерної рідини. При нагріванні ТЕП вище за температуру плавлення, жорстка фаза розплавляється і дозволяє полімеру витікати в переробне обладнання. При нижчих температурах ТЕП має властивості еластомеру і швидко відновлює форму після розтягування або стиснення. Гранична температура застосування ТЕП – температура плавлення пластикової фази. Мінімальна температура застосування ТЕП значно нижча за цю межу і обмежується здатністю полімеру витримувати окисну та хімічну деструкцію, яка значно підвищується при високих температурах. РізніГрупи ТЕП утворені на основі хімічної відмінності складових полімерів. Основою кількох груп став полімер, що складається з макромолекул, що поєднують жорсткі та еластичні блоки. Це блоксополімери, що включають термопластичні стирольні еластомери (СХС), термопластичні уретани (ТПУ), сополіефіри COPE), сополіаміди (COPA). Інші групи є сполуками жорстких і еластичних полімерів, досить сумісних для забезпечення зв'язку. Вони включають термопластичні сполуки поліолефінових еластомерів (ТПО) і поліпропілену з полівінілхлоридом/бутадієн-нітрильними каучуковими сумішами (ПВХ/БНК). Ще одна група поєднує окремі жорсткі та еластичні полімери, що вступили в хімічні реакції для посилення механічних властивостей, особливо у місцях поперечного зшивання фази еластомеру. ТЕП з фазою еластомеру поперечного зшивання є термопластичні вулканізати (ТПВ) і, як правило, мають механічні властивості класу термопластичної гуми. Різке кількісне зростання продуктів у цих областях продовжується, особливо це стосується термопластичних вулканізатів (ТБО).
Матеріали Нові розробки впроваджуються у багатьох типах ТЕП. Нижче наведено короткі відомості про кожну технологію. Перелік розподілено за типами ТЕП.
Полімерні суміші ТЕП Найпоширенішими полімерними сумішами ТЕП є термопластичні поліолефінові еластомери (ТПО), які є сумішшю потрійного кополімеру етилену, пропілену та дієна з поліпропіленом. Вони використовуються з комерційною метою вже кілька років, але продовжують активний розвиток внаслідок своєї економічності. Завдяки розвитку реакторних олефінів, які підвищують ефективність та, мабуть, економічність, впроваджуються нові розробки ТПО. Металоорганічна каталітична полімеризація олефінівзумовила розробку полімерних молекул із заданими властивостями. Деякі з них мають більшу схожість з блок кополімерами, завдяки контролю кополімеризації етилену та пропілену з іншими дієновими олефінами. Розробка нового олефінового полімеру, включаючи еластичні поліолефінові еластомери (ПОЕ) та напівжорсткі поліолефінові пластомери (ПОП) зумовила можливість появи цілого ряду нових продуктів із заданими властивостями, особливо продуктів ТПО.
Термопластичні вулканізати (ТПВ) Розробки в галузі ТПВ продовжують активно розвиватися, тому темпи зростання ТПВ лідирують з усіх типів ТЕП. Найбільший обсяг розробок ТПВ заснований на сумішах потрійного сополімеру етилену, пропілену та дієну та поліпропілену (ДПЕ/ПП). Для забезпечення покращених властивостей ТПВ були задіяні останні досягнення хімії поперечного зшивання. Класи ДПЕ/ПП при багатокомпонентному формуванні зв'язуються зазвичай тільки з олефінами. Цей бар'єр був подоланий розробкою класів, які чудово пов'язуються з поліамідами, особливо нейлоном 6, а також класів, що зв'язуються з сополімерами акрилонітрилу, бутадієну та стиролу (АБС-сополімер), поліестером та іншими технічними термопластами. На малюнку 1 представлено фотографію ефективного застосування технології ДПЕ/ПП ТПВ при виготовленні ручки степлера. Останнім часом діапазон еластичних матеріалів ДПЕ/ПП ТПВ розширився до 25 А по Шору.
Мал. 1. М'які ручки степлерів із термопластичного вулканізату.
Для більш дешевого застосування з менш жорсткими технічними вимогами впроваджено ТПВ (r-ТПВ) на основі матеріалів, що вторинно використовуються, де каучуковою фазою є поперечно зшитий перероблений каучук. У каучуковій фазі використовується, як правило, натуральний або стирол-бутадієновийкаучук, тому верхня гранична температура використання матеріалу збігаються з граничними температурами натурального та стирол-бутадієнового каучуку. Нещодавно також запроваджено кілька нових типів ТПВ, включаючи ТПВ із фазою силоксанового каучуку. Він називається термопластичний силіконовий вулканізат (ТПSi). Цей м'який, бархатистий на дотик матеріал може використовуватися за постійної температури 140 – 150ºС. Хоча були впроваджені матеріали ТПВ з більш високою водною стійкістю, такі як нітрильний каучук (БНК), у поєднанні БНК/ПП ТПВ з фазою нітрильного каучуку в ПП, їх використання обмежувалося максимальною температурою 150ºС або практичною межею 125ºС. Нові ТПВ з високою водною стійкістю та підвищеною температурною межею 177ºС впроваджені з фазою акрилатного каучуку (AEM) та фазою технічного термопласту. Вони позначаються як AEM ТБО.
Термопластичні полеуретани (ТПУ) Блоксополімери ТПУ є найпершими продуктами ТЕП, що отримали комерційне застосування. Продовжують впроваджуватись нові розробки. Останні комерційні розробки ТПУ мають підвищену термостійкість. Впроваджено також нові класи з підвищеною м'якістю до 20 за Шором А.
Сополіефір ТПР (COPE) Сополіефіри COPE залишаються важливим технічним класом ТЕП, який також отримує все більший комерційний розвиток. Впроваджуються нові класи COPE, що задовольняють специфічні технічні вимоги. Важливо відзначити, що останнім часом впроваджуються класи з підвищеною еластичністю та опірністю до втоми при деформаціях.
Властивості ТЕП мають ті ж основні властивості, що і термореактивні гуми (натуральна гума, неопренова гума, гума ДПЕ і т.д.). ТЕП та термореактивні гуми класифікуються за своєю здатністювитримувати температури і чинити опір вуглеводневим рідинам (олії, гідросуміші, паливо і т.д.) Дані властивості в цілому представлені на діаграмі, де вказані діапазони властивостей ТЕП або гуми. Ці нові розробки ТЕП представлені малюнку 2 різними класами ТЕП, але в малюнку 3 представлені термореактивні гуми.
Мал. 2. Температурна стійкість ТЕП до дії олій.
Мал. 3. Температурна стійкість термореактивних гум до дії олій.
Дані класи ТЕП класифікуються експлуатаційними характеристиками, найзначнішою є твердість чи еластичність. Твердість зазвичай позначається за Шором А або Шором Д. Приблизний комерційно доступний діапазон твердості для різних ТЕП вказаний на малюнку 4. Розширений діапазон твердості для декількох класів виділено кольором.
Мал. 4. Діапазон твердості щодо різних класів ТЕП.
Вартість ТЕП продукції залежить від кількох факторів, включаючи економічність переробки пластмас та вартість матеріалу. Відносна пріоритетність різних класів залежно від температур/стійкості до дії олій представлена малюнку 5; Нові класи ТЕП виділені кольором.
Мал. 5. Порівняння залежності вартості та експлуатаційних характеристик класів ТЕП.
Застосування Експлуатаційні характеристики різних класів ТЕП дозволяють використовувати їх на комерційній основі у більшості галузей промисловості. Останні розробки ТПВ та ТПSiВ – це матеріали з високою стійкістю до дії масел, які задовольняють температурним вимогам для цілого ряду технічних застосувань, таких як ущільнювачі під капотом двигуна автомобіля, захисні кожухи та шланги
Мал. 6.М'які ручки з кополімеру етилену-пропілен-дієну та поліпропілену ( ДПЕ/ПП ТПВ ) для кухонних мірних чашок та ложок
COPE з меншою твердістю та підвищеною динамічною еластичністю є кращим матеріалом для продукції підвищеної еластичності, такої як автомобільні колодки. М'якість матеріалів ДПЕ/ПП ТПВ визначає їх застосування як тримачів та ручок побутових предметів, включаючи інструменти та посуд. Посуд вимагає дотримання відповідності нормам щодо контактів з харчовими продуктами, тому у комерційному використанні знаходяться особливі ТБО, які відповідають вимогам для побутового посуду та прокладок для харчових контейнерів. На малюнку 6 представлений набір побутових кухонних предметів з кольоровими ТПВ ручками. Останні поліолефінові еластомери ПОЕ і ПОП відкрили нові можливості використання у великомасштабних прикладних системах та як компоненти ТЕП. Деякі з них виявляться корисними для автомобільних інтер'єрів та інших м'яких еластичних поверхонь, де застосовуватиметься склад з полівінілхлориду. Нові склади R-TPE є дуже економічними і пристосовані для використання при низькому опорі дії масел і термостійкості: автомобільні бризковики, огородження майданчиків, килимки при вході та шумопоглинаючі прокладки. Завдяки своїй економічності вони замінили захисні покриття з пластифікованого каучуку.
Останні розробки в галузі термоеластопластів (ТЕП) зумовили значне вдосконалення та розширення експлуатаційних характеристик. Удосконалення подолали деякі обмеження використання ТЕП для технічного застосування з новими ТПВ та ТПSiВ. М'які матеріали можуть виготовлятись із впроваджених розробок СБС або м'яких ТБО. Якість поверхонь інтер'єрів автомобілів та,можливо, зовнішніх компонентів значно покращиться завдяки застосуванню металоценових оліфеїнів з низькою твердістю, ПОЕ та напівжорстких ПОП. Ці матеріали також будуть корисними як сировина для виробників, які розробляють спеціалізовані ТЕП для різних ТЕП класів. М'які та стійкі до динамічного вигину COPE дозволять удосконалити автомобільні колодки та відповідні технічні пристрої. Нарешті, як альтернатива пластифікованому каучуку і термопластичній гумі, з'являться економічні, прості у виробництві R-TPE на основі продуктів вторинної переробки.