Термопластичные эластомеры
2. Химическое строение, свойства и применение:
- Сополиамиды (ТРА)
- Сополиэфиры (ТРС)
- Полиолефиновые эластомеры (ТРО)
- Полистирольный термопластичный эластомер (TPS)
- Полиуретановый эластомер (TPU)
- Полиолефиновые смеси со сшитым каучуком (TPV)
- Другие ТПЭ
Термопластичные эластомеры ТПЭ (ТРЕ)
Сокращенные названия и их расшифровка приведены в таблице 1.
Табл. 1
|
Сокращение |
Материал |
Некоторые торговые марки |
|
TPE |
Термопластичный эластомер ТПЭ |
|
|
TPA |
Полиамидный ТПЭ |
Bebax |
|
TPA-EE |
ТПЭ с жесткими полиамидными блоками и гибкими полиэфирными блоками (сегментами) |
Grilamid |
|
TPA-ES |
ТПЭ с жесткими полиамидными блоками и гибкими сложноэфирными блоками (сегментами) |
|
|
TPA-ET |
ТПЭ с жесткими полиамидными блоками и гибкими простыми эфирными блоками (сегментами) |
|
|
TPC |
Сополиэфирный ТПЭ |
Arnite, Bexloy, Ecdel, Hytrel, Lomod, Pibiflex, Riteflex |
|
TPC-EE |
Сополиэфирный ТПЭ с гибкими сегментами, имеющими простые и сложные эфирные связи |
|
|
TPC-ES |
Сополиэфирный ТПЭ с гибкими сложноэфирными сегментами |
|
|
TPC-ET |
Сополиэфирный ТПЭ с простыми эфирными сегментами |
|
|
TPO |
Олефиновый ТПЭ |
Deflex, Engage |
|
TPO-(EPDM+PP) |
Полиолефиновый ТПЭ на основе этиленпропилендиенового каучука и изотактического полипропилена |
Exact, Forflex, Hifax |
|
TPO-(EVAC+PVDC) |
Полиолефиновый ТПЭ на основе смеси поливинилиденхлорида и частично сшитого сополимера этилена и винилацетата |
Hybrar, Kelbuton, Keltan, Milastome |
|
TPS |
Полистирольный ТПЭ |
Hybrar, Multiflex |
|
TPS-SBS |
Полистирольный ТПЭ из стиролбутадиенстирольного блок-сополимера |
Kraton D, Sopfrene, Stereon, Styrof |
|
TPS-SIS |
Полистирольный ТПЭ из стиролизопренстирольного блок-сополимера |
|
|
TPS-SEBS |
Полистирольный ТПЭ из стиролэтиленбутенстирольного блок-сополимера |
Bergaflex, Europrene, Kraton G |
|
TPS-SEPS |
Полистирольный ТПЭ из стиролэтиленпропиленстирольного блок-сополимера |
Septon |
|
TPU |
Уретановый ТПЭ |
Desmopan, Esthane, Elastollan, Pell |
|
TPU-ARES |
Полиуретановый ТПЭ с ароматическими жесткими сегментами и сложноэфирными гибкими сегментами |
|
|
TPU-ARET |
Полиуретановый ТПЭ с ароматическими жесткими сегментами и простыми эфирными гибкими сегментами |
|
|
TPU-AREE |
Полиуретановый ТПЭ с ароматическими жесткими сегментами и сложноэфирными и простыми эфирными гибкими сегментами |
|
|
TPU-ARCE |
Полиуретановый ТПЭ с ароматическими жесткими сегментами и поликарбонатными гибкими сегментами |
|
|
TPU-ARCL |
Полиуретановый ТПЭ с ароматическими жесткими сегментами и поликапролактоновыми гибкими сегментами |
|
|
TPU-ALES |
Полиуретановый ТПЭ с алифатическими жесткими сегментами и сложноэфирными гибкими сегментами |
|
|
TPU-ALET |
Полиуретановый ТПЭ с алифатическими жесткими сегментами и простыми эфирными гибкими сегментами |
|
|
TPV |
ТПЭ со сшитым каучуком |
Forprene, Santoprene, Sarlink |
|
TPV-(EPDM-X+PP) |
ТПЭ на основе густосетчатого этиленпропилендиенового каучука и полипропилена |
|
|
TPV-(NBR-X+PP) |
ТПЭ на основе густосетчатого бутадиенакрилонитрильного каучука и полипропилена |
|
|
TPV-(NR-X+PP) |
ТПЭ на основе густосетчатого натурального каучука и полипропилена |
|
|
TPV-(ENR-X+PP) |
ТРЕ на основе густосетчатого эпоксидированного натурального каучука и полипропилена |
|
|
TPV-(PBA-X+PP) |
ТПЭ на основе сетчатого полибутилакрилата и полипропилена |
|
|
TPZ |
Неклассифицированный ТПЭ |
|
|
TPZ-(NBR+PVC) |
ТПЭ на основе смеси поливинилхлорида с бутадиенакрилонитрильным каучуком |
|
Термопластичные эластомеры сочетают в себе высокоэластические свойства сшитых эластомеров с таковыми у резин с преимуществом термопластичной переработки. Их состав можно классифицировать на 2 группы:
1. Полимерные смеси, которые состоят из «жесткой» термопластичной матрицы с включениями сшитых либо несшитых частиц эластомера в качестве «гибкой» фазы. Примерами могут быть термопластичные полиолефиновые эластомеры (ТРО или TPV), которые состоят их ПП с включениями до 65% этиленпропилен диенового каучука.
2. Привитые или сополимеры, которые содержат в макромолекулах термопластичные участки А и эластичные В. Оба компонента А и В несовместимы и локально разрушают эмульсию, так что жесткие участки А образуют узлы в непрерывной гибкой матрице В. Примером служит стирольный блок-сополимер TRS, в котором блоки полистирола S и бутадиена В чередуются: SSSSSSSS-BBBBBBBB-SSSSSSSS.
При рабочих температурах гибкие звенья В находятся выше температуры стеклования, а жесткие участки ниже температуры стеклования (для аморфных) или плавления (для кристаллических). При нагревании выше температуры перехода жесткие участки А размягчаются и материал легко перерабатывается обычными для термопластов методами.
2. Химическое строение, свойства и применение
Преимущества ТПЭ перед резинами: возможность переработки методами для термопластичных материалов, возможность вторичной переработки, свариваемость, прозрачность (отдельных марок), окрашиваемость. Поэтому часто ТПЭ применяют в случае комбинаций жесткого и гибкого материалов в двухкомпонентном литье под давлением и в соэкструзии. На рис.1 приведено сравнение свойств ТПЭ, эластомеров и термопластов. А в таблице 2 приведены варианты замещения различных материалов термопластичными эластомерами.
Рис. 1. Классификация ТПЭ по отношению к эластомерам и термопластам по твердости
Табл. 2. Примеры замещения пластмасс и резин термопластичными эластомерами.
|
Пластик |
Резина |
ТПЭ |
|
ПЭ, ПТФЭ |
CR |
ТРА |
|
ПЭ, ПТФЭ |
CR, NRB, EPDM, ECO |
ТРС |
|
ПВХ-П, ПК+ПБТ |
NR, SBR |
ТРО |
|
ПВХ-П, ПУ, ПК-смеси, ПА+полифениленовый эфир |
NR, SBR, EPDM, CR, NBR, ECO |
TPV |
|
ПЭ, ПП, ПВХ-П, ПУ, АБС, ПТФЭ |
NR, SBR, EPDM, CR, NBR |
TPU |
|
ПВХ-П, ПУ |
NR, SBR, EPDM, CR |
TPS |
CR - хлоропреновый каучук
NRB - акрилонитрил бутадиеновый каучук
EPDM - этиленпропилен диеновый каучук
ECO - эпихлоргидриновый каучук
SBR - бутадиен стирольный каучук
NR - натуральный каучук
Полиамидные эластомеры - это блок сополимеры с жесткими полиамидными блоками и гибкими блоками из полиэфиров (ТРА-ЕТ), сложных полиэфиров (TPA-ES) или из тех и других (ТРА-ЕЕ). Сырьем для получения ТРА-ЕТ служат лактамы, дигидроксиполитетра-гидрофуран и карбоновые кислоты; для получения ТРА-ЕЕ используют лаурилактам, адипиновую кислоту и бисгидрометилциклогексан. ТРА устойчивы к маслам и топливу, чувствительны к органическим растворителям и термоокислительным реакциям.
Применение: затворы и уплотнения, тубы, спортивные товары, антистатик для термопластов и средство для улучшения технологичности полиуретановых термоэластопластов.
ТРС это блок-сополимеры, состоящие из гибких сегментов алкиленэфирдиолов и/или сложных эфиров длинноцепных алифатических дикарбоновых кислот и полукристаллических сегментов полибутилентерефталата. Свойства варьируются от аналогичных резинам до аналогичных высокоэластичным инженерным пластикам. Область рабочих температур от -4 до +100оС, при более высоких температурах требуется дополнительная стабилизация. ТРС устойчивы с топливам, смазкам и гидролизу, также может быть стабилизирован от влияния УФ и атмосферных воздействий. Перед переработкой гранулы высушивают, материал экструдируют или льют под давлением при температуре 220оС при минимальном времени пребывания, для предотвращения деструкции.
Применение: мембраны, шланги для сжатого воздуха и гидравлики, оболочки кабеля, колпаки, приводящие и запирающие механизмы, основания лыжных ботинок, подшипники.
Полиолефиновые эластомеры (ТРО)
ТРО это смеси на основе изотактического ПП и этиленпропилендиенового каучука.
Применение: кордовая нить, обувь, подошва, трубы и шланги, затворы и уплотнители, ленты конвейера, оболочки кабелей и проводов, автомобильные части: бамперы, брызговики. TPO-(EVAC+PVDC) это хлоросодержащий термопластичный олефин-эластомер, основанный на сплаве жесткого поливинилиденхлорида с частично сшитым сополимером этилена и винилацетата.
Полистирольный термопластичный эластомер (TPS)
Анионная полимеризация с, например, бутилом лития позволяет создавать последовательные блоки стирола, бутадиена и снова стирола. В итоге получается тройной блок-сополимер TPS-SBS. Полимеры типа SIS (I - изопрен) получают аналогичным образом, TPS-SIS. TPS представляют собой двухфазную структуру с твердыми участками из полистирола и гибкими из полибутадиена. Такая структура обеспечивает общую гибкость. Твердые участки образуют физическую сшивку, которая разрушается при температуре плавления полистирола и материал перерабатывается как обычный термопласт. Из-за восприимчивости к окислению эти полимеры обычно гидрированы. Это преобразует SBS-трехблочный сополимер в стирол-этенбутен-стирольный трехблочный сополимер (TPS-SEBS) и SIS-трехблочный сополимер в стирол-этенпропен-стирольный трехблочный сополимер (TPS-SEPS). Однако эти полимеры не проявляют такой эластичности как у SBS и SIS, соответственно, зато они намного жестче. TPS это заместители для вулканизированных резин с преимуществом легкой термопластичной переработки: трубы и профили, медицинские инструменты, литые подошвы для обуви, кабельная изоляция и покрытия, звукопоглотители. TPS также используют в качестве гибкого компонента в многокомпонентном литье подд давлением. Хорошее соединение достигается со следующими полимерами: ПЭ, ПП, ПС, АБС, ПА, ПБТ. Возможно получение вспененного TPS-SEBS, с плотностью 0,5 г/см3, которую можно экструдировать или лить под давлением (производство ручек, колес, профилей).
Полиуретановый эластомер (TPU)
Полиуретановые эластомеры это блок-сополимеры, полученные полиприсоединением диолов с длинными цепями (удлинители цепи: 1,4-бутандиол или 1,6-гександиол; длинноцепные диолы: полиэфирдиолы, диолы сложных полиэфиров, диолы поликарбонатов) с алифатическими диизоционатами. Их считают «био-стойкими». На рис.2 показано влияние состава композиции на модуль сдвига. TPU проявляют высокую износостойкость и гибкость, даже при низких температурах, прозрачность, стойкость с жирам маслам и растворителям при длительном нагревании.
Применение: трубы, глушители, в обувной промышленности, пластификатор для ПВХ, модификатор ударопрочности полярных термопластов.
|
Состав |
а |
b |
c |
d |
e |
|
Абипат полиэтилена |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
NDI |
4 |
2 |
|
|
|
|
TDI |
|
|
2 |
|
|
|
MDI |
|
|
|
4 |
2 |
|
Бутандиол-1,4 |
2.6 |
0.85 |
|
2.6 |
|
|
Сложный изобутиловый эфир |
|
|
0.85 |
|
|
|
1,4-бис(гидрокси-эпокси)-бензол |
|
|
|
|
0.85 |
Рис. 2.Влияние композиции на модуль сдвига ТРU
Полиолефиновые смеси со сшитым каучуком (TPV)
TPV - это сшитые термопластичные эластомеры с гибкими резиновыми участками. Они проявляют повышенную стойкость и эластичность. Существуют маслостойкие и вспененные марки.
Применение: дверной и оконный уплотнитель, трубопроводы воздухозаборников.
Другие ТПЭ
Эта группа включает термопластичные эластомеры на основе ПВХ с бутадиенакрилонитрильным каучуком (TPZ-(NBR-PVC)) или полибутадиенакрилатом (TPZ-(PBA+PVC)). Они используются для экструзионной изоляции.
