Термопластический эластомер - Thermoplastic elastomer

Термопластические эластомеры (TPE), иногда называемый термопластичные каучуки, являются классом сополимеры или физическая смесь полимеров (обычно пластик и резина), которые состоят из материалов с обоими термопласт и эластомерный характеристики. Хотя большинство эластомеров термореактивные материалы, термопласты, напротив, относительно легко использовать в производстве, например, литье под давлением. Термопластичные эластомеры демонстрируют преимущества, характерные как для резиноподобных, так и для пластических материалов. 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 по сравнению с другими материалами.[1] Принципиальное различие между термореактивными эластомерами и термопластическими эластомерами заключается в типе сшивание связь в их структурах. Фактически сшивание является критическим структурным фактором, который придает высокие эластичные свойства.

ИЮПАК определение
Термопластический эластомер: Эластомер, содержащий термообратимую сеть.[2]

Типы

Термопластичные полиуретаны

Существует шесть общих классов коммерческих TPE (обозначения согласно ISO 18064):

Примерами материалов TPE, которые происходят из группы блок-сополимеров, являются, среди прочего, CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Arnitel, Hytrel, Dryflex, Mediprene, Кратон, Пибифлекс, Софпрен и Лапрен. Среди этих стирольных блок-сополимеров (TPE-s) есть CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Sofprene, Dryflex и Laprene. Ларипур, Десмопан или Эластоллан являются примерами термопластичные полиуретаны (ТПУ). Сарлинк, Сантопрен, Термотон, Солпрен, ТЕРМОЛАСТ V, Вегапрен,[3] или Форпрен являются примерами материалов TPV. Примеры термопластичный олефин эластомеры (ТПО) - это For-Tec E или Engage. Ninjaflex используется для 3D печать.

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

  • Способность растягиваться до умеренного удлинения и после снятия напряжения возвращаться к чему-то близкому к своей первоначальной форме
  • Перерабатывается как расплав при повышенной температуре
  • Отсутствие значительных слизняк

Фон

Схематическая микроструктура блок-сополимера SBS

TPE стал коммерческой реальностью, 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 полистирол и полибутадиен блоки, 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 СБС в ПЭМ

Блок-сополимеры интересны тем, что они могут «разделяться на микрофазу» с образованием периодических наноструктур, как в блок-сополимере стирол-бутадиен-стирол (SBS), показанном справа. Полимер известен как Кратон и используется для подошв обуви и клеи. Благодаря тонкой структуре просвечивающий электронный микроскоп (ТЕМ) был необходим для изучения конструкции. Бутадиеновая матрица была окрашена четырехокись осмия для обеспечения контраста изображения. Материал изготовлен живая полимеризация так что блоки почти монодисперсный, что помогает создать очень правильную микроструктуру. В молекулярный вес блоков пенополистирола на основной картинке - 102 000; на вставке - молекулярная масса 91 000, что дает домены чуть меньшего размера. Расстояние между доменами подтверждено малоугловое рассеяние рентгеновских лучей, метод, который дает информацию о микроструктура.Поскольку большинство полимеров несовместимы друг с другом, образование блок-полимера обычно приводит к разделению фаз, и этот принцип широко использовался с момента введения блок-полимеров SBS, особенно в тех случаях, когда один из блоков является высококристаллическим. Единственным исключением из правила несовместимости является материал Норил, где полистирол и полифениленоксид или PPO 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 высокому кристаллу температура плавления. 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.

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 требует небольшого смешивания или вообще не требует добавления усиливающих агентов, стабилизаторов или отвердителей. Следовательно, отсутствуют вариации взвешивания и дозирования компонентов от партии к партии, что приводит к улучшенной однородности как сырья, так и готовых изделий. Материалы TPE могут быть перерабатываемый поскольку их можно формовать, экструдировать и повторно использовать, как пластмассы, но они обладают типичными эластичными свойствами каучуков, которые не подлежат переработке из-за их термореактивных характеристик. Их также можно измельчить и превратить в нить для 3D-печати с помощью recyclebot.

Обработка

Двумя наиболее важными методами производства TPE являются: экструзия и литье под давлением. TPE теперь можно 3D-печать и было показано, что экономически выгодно производить продукцию с использованием распределенное производство.[4][5] Компрессионное формование редко используется, 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. TPE также могут обрабатываться выдувное формование, календари таяния,[6] термоформование, и тепловая сварка.

Приложения

TPE используются там, где обычные эластомеры не могут обеспечить диапазон физических свойств, необходимых для продукта. Эти материалы находят широкое применение в автомобильном секторе и в секторе бытовой техники. В 2014 году объем мирового рынка ТПЭ составил ок. 16,7 млрд долларов США. Около 40% всей продукции TPE используется в производстве автомобилей.[7] Например, сополиэфирные TPE используются в снегоход гусеницы, на которых важны жесткость и устойчивость к истиранию. Термопластические олефины (ТПО) все чаще используются в качестве кровельного материала.[8] TPE также широко используются для катетеры где нейлоновые блок-сополимеры обладают мягкостью, идеально подходящей для пациентов. Смеси термопластичного силикона и олефина используются для экструзии стеклопакетов и динамических материалов. уплотнитель автомобильные профили. Блок-сополимеры стирола используются в подошвах 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 рукоятки, элементы дизайна, переключатели и поверхности с задней подсветкой, а также уплотнения, прокладки или демпфирующие элементы. TPE обычно используется для изготовления подвески втулки для применения в автомобилестроении из-за большей устойчивости к деформации по сравнению с обычными резиновыми втулками. Термопласты получили распространение в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC ) промышленности из-за функции, экономической эффективности и способности изменять пластмассовые смолы в различные крышки, вентиляторы и корпуса. TPE может также использоваться в медицинских устройствах, оболочке электрических кабелей и внутренних изоляция, секс игрушки, и немного наушники кабели.

Рекомендации

  1. ^ а б Левенсалор, Алекс. «Преимущества хитрела в современном бельтинге». Получено 2016-10-27.
  2. ^ Alemán, J. V .; Chadwick, A. V .; He, J .; Hess, M .; Horie, K .; Jones, R.G .; Kratochvíl, P .; Meisel, I .; Mita, I .; Moad, G .; Penczek, S .; Степто, Р. Ф. Т. (1 января 2007 г.). «Определения терминов, относящихся к структуре и переработке золей, гелей, сеток и неорганических-органических гибридных материалов (Рекомендации IUPAC 2007)». Чистая и прикладная химия. 79 (10): 1801–1829. Дои:10.1351 / pac200779101801.
  3. ^ «Инновация в материалах». www.hutchinson.com. Получено 2017-02-27.
  4. ^ Woern, Aubrey L .; Пирс, Джошуа М. (30.10.2017). «Распределенное производство гибких продуктов: техническая осуществимость и экономическая целесообразность». Технологии. 5 (4): 71. Дои:10.3390 / технологии5040071.
  5. ^ «Стоит ли вложения в гибкую нить для 3D-принтера? | 3DPrint.com | Голос 3D-печати / аддитивного производства». 3dprint.com. 2017-10-30. Получено 2018-03-10.
  6. ^ «Методы обработки термопластичных эластомеров-ТПЭ - Введение». www.tut.fi. Получено 2016-10-27.
  7. ^ Кюнер, Марсель. «Термопластические эластомеры (TPE) - Исследование рынка - Ceresana». www.ceresana.com.
  8. ^ «ASTM D6878 / D6878M - 17 Стандартные технические условия на термопластичную листовую кровлю на основе полиолефина». www.astm.org. Получено 2018-03-18.

дальнейшее чтение

  • PR Льюис и С. Прайс, Полимер, 13, 20 (1972)
  • Выпуск энциклопедии Modern Plastic Mid-October, Введение в TPE, страницы: 109-110