Термоэластопласты – это класс полимерных материалов и/или компаундов, эластичные как резина при температуре эксплуатации и перерабатываемые при температурах плавления. Для переработки ТЭП подходят многие известные методы, такие как экструзия, литье под давлением, вакуумное формование, прессование, выдувное формование и другие.
На рынке представлены различные классы термоэластопластов. К наиболее массовым относятся ТЭП общего назначения, на основе SEBS (SBS) и EPDM.
SBS – блок сополимер стирол-бутадиен-стирольный. На его основе изготавливается ТЭП (TPE-S) для производства изделий мало подверженных воздействию атмосферного старения или изделий с коротким сроком службы.
SEBS – блок сополимер стирол-этилен/бутилен-стирольный. Получается каталитическим гидрированием SBS. В полимерной цепи SEBS практически отсутствуют двойные связи, поэтому SEBS обладает подвышенной атмосферостойкостью. На его основе изготавливаются ТЭП со стойкостью к УФ-излучению, высоким температурам и стойкостью к озону.
EPDM – этилен-пропилен-диеновый сополимер. На его основе изготавливаются динамически вулканизованные ТЭП. Наиболее известны как TPV – термопластичные вулканизаты. Как и ТЭП на SEBS, обладают повышенной долговечностью при эксплуатации о внешней среде под действием солнца.
Основными эксплуатационными свойствами ТЭП являются твердость и цвет. Твердость термоэластопластов определяется по шкале Шор 00, Шор А и Шор Д. Шкалы твердости между собой частично наслаиваются от самой мягкой Шор 00 до самой твердой Шор Д.
Цвет термоэластопластов может быть любой, например, по шкале RAL. ТЭП для окрашивания выпускается в «натуральном» цвете, то есть от прозрачного до прозрачно-белого цвета. ТЭП легко окрашивается гранулами концентратов красителя при переработке в изделия. Средняя дозировка концентрата красителя от 1 до 3%. Для окрашивания ТЭП также могут быть использованы жидкие красители. При плохом прокрашивании ТЭП, например с разводами, можно приобрести уже цветную марку, уже окрашенную на заводе изготовителе.
К основным технологическим свойствам ТЭП можно отнести показатель текучести материала и его плотность. Показатель текучести расплава (ПТР) - это количество расплавленного ТЭП, выдавливаемое в единицу времени через капилляр при определенной нагрузке. Как правило для ТЭП применяются условия 190°С и груз 5 кг.
По показателю текучести ТЭП условно делятся на две группы:
Плотность термоэластопластов определяется количеством в его составе наполнителя. Помимо удешевления, наполнители выполняют и ряд важных функций, например снижают усадку изделия, коробление, разбухание расплава после фильеры. Используются минеральные наполнителя, такие как тальк, мел, кремнезём. Общепринятыми стандартными плотностями ТЭП являются:
Поскольку ТЭП является пластичным материалом при повышенных температурах переработки, то его важнейшей характеристикой является восстановление после сжатия. Остаточные деформации сжатия (ОДС, англ. CS - compression set) термоэластопластов определяются при комнатной температуре (23°С), 70°С и 100°С. Процент не восстановления ТЭП после длительного сжатия 24 часа или 72 часа определяет его качество.
Например, качественные марки термоэластопластов для производства оконных уплотнителей имеют остаточные сжатия около 40% (24ч, 70°С). ОДС напрямую зависит от состава ТЭП: количества наполнителя, масла, других добавок, количества циклов переработки ТЭП в изделие.
Специальные выпускаемые нами марки ТЭП (LCS – low compression set) по показателю ОДС 42% (24ч, 100°С) даже превосходят EPDM резины, которые также используемые для производства оконных уплотнителей.
Усадка изделий из ТЭП при эксплуатации зависит от свойств самого материала и от особенностей технологии переработки в изделия. Качественный ТЭП с правильно подобранными компонентами смеси исключает улетучивание масел и, как следствие, усадку изделия при эксплуатации в жарком климате.
Усадка же изделий при охлаждении, определяется химической природой компонентов смеси. Неполярные полимеры в составе ТЭП имеют более низку усадку при отрицательных температурах, чем ПВХ-пластикаты, в составе которых полярный полимер ПВХ-смола.
Например, усадка уплотнителей из ТЭП при -45°С по длине составляет менее 1%.
Особенности технологии переработки оказывают более значительное воздействие на усадку. Неправильно подобранные параметры литья под давлением ТЭП приводят к разной усадке изделия в различных направлениях и, как следствие, короблению изделий. А неправильно рассчитанные фильеры для экструзии уплотнителей из ТЭП, могут приводить к усадке уплотнителя в конструкции до 3% по длине после первого сезона эксплуатации. Поэтому при выборе марки термоэластопласта важно обратиться за технической консультацией и подбором образца, которые оказываются бесплатно.
Многие эластичные полимерные материалы при охлаждении становятся тверже. Понижение температуры приводит к снижению эластичности полимерных цепей, кристаллизации или стеклованию полимерной фазы. Мягчители в составе ТЭП также подвержены затвердеванию при экстремально низких температурах. Однако в отличие мягких от ПВХ-пластикатов, повышение твердости ТЭП при низких температурах не столь значительно. Благодаря оптимальному составу ТЭП, «дубение» материала при отрицательных температурах можно существенно снизить.
В ассортименте производимых нами ТЭП, имеются марки, по динамике нарастания твердости при снижении температуры, превосходящие ЕПДМ резины. Например, специальные марки для производства автомобильных ковров, кабельной изоляции и уплотнителей, при снижении температуры от +23°С до -45°С, повышают твердость всего на 16 единиц Шор А.
Низкокачественные марки ТЭП имеют в своем составе дешевые масла и большое количество пластика, что приводит к резкому затвердеванию изделий при отрицательных температурах.
Температура хрупкости ТЭП часто интересует многих потребителей. Большинство заводов производителей ТЭП отмечают, что они ниже -55°С, но какая точно не известно, как и сам метод определения хрупкости не однозначен.
Мы считаем, что наиболее приближенным к реальным условиям эксплуатации, является метод определения хрупкости ТЭП не по ГОСТ 7912-74 (для резин), а ГОСТ 2678-94 Материалы рулонные кровельные и гидроизоляионные. С определением гибкости на брусе с радиусом закругления 0 мм при отрицательной температуре (морозоустойчивость). В этом методе образец пластинки ТЭП охлаждается до отрицательной температуры и изгибается на брусе 0 мм, то есть складывается пополам.
Минимальная температура, при которой после изгиба на внешней стороне образца появляются трещины и есть морозоустойчивость ТЭП.
В ассортименте нашей продукции имеются марки ТЭП с гибкостью на брусе ниже -65°С. Изделие из этих марок ТЭП даже при экстремально низких температурах выдерживает сдавливание, скручивание, сгибание пополам без образования трещин.
Термоэластопласты на основе SBS, SEBS, EPDM относятся к классу полиолефиновых полимеров. В следствие низкой активности поверхности имеют низкую адгезию к клеям. Для склеивания различных термоэластопластов между собой или их приклеиванию к инородным поверхностям рекомендуется использовать специальные составы для активации поверхности. Такие составы называют праймерами. Их функция создать на поверхности приклеивания активные группы.
В практике также находит применение активация поверхности при помощи коронирования. Коронирование поверхности (также иногда называемая воздушной плазмой) - обработка поверхности коронным разрядом низкой (комнатной) температуры для изменения её свойств. Коронный разряд формируется электродом с острым наконечником, образуя плазму вокруг себя.
Например склеивание двух уплотнителей ТЭП рекомендуется выполнять при помощи клея Loctite® 406, производства Henkel. Перед склеиванием торцы уплотнителя рекомендуется обработать праймером Loctite® SF770.
В отличие от резин, ТЭП может быть сплавлен между собой, как говорят «сварен». Сварной шов более прочный чем склеиваемый и имеет ту же твердость, что и твердость основного материала.
Важной характеристикой термоэластопласта является модуль упругости при растяжении. Это способность материала сопротивляться растяжению, одна из характеристик резиноподобности ТЭП. Модуль упругости определяется на разрывной машине на образцах ТЭП в виде лопатки.
Модуль упругости зависит в первую очередь от твердости материала. При увеличении твердости, модуль упругости существенно возрастает. Однако ТЭП с одинаковой твердостью, например Шор А60 для уплотнителей, в зависимости от рецептуры может иметь разный модуль упругости. Низкокачественные сорта ТЭП имеют модуль упругости при растяжении 100% менее 0,5 МПа. Это связано с тем, что в составе ТЭП мало каучука, а много наполнителя и масла. Рекомендуемые нами марки ТЭП имеют модуль упругости до 1,5МПа при удлинении 100% и превосходят резины по этому показателю.
Относительные остаточные деформации после растяжения образца ТЭП или изделия из ТЭП зачастую являются определяющим фактором при выборе материала. Не смотря на то, что такие изделия из термоэластопласта как ковры автомобилей, детские игрушки, медицинские изделия, уплотнители, работают в основном на сжатие, многие технологи и потребители изделий все равно их «тянут», чтобы оценить «резиноподоность» материала.
Относительные остаточные деформации после растяжения определяются как отношение увеличения длины образца после растяжения к первоначальной длине до растяжения в %.
Относительные остаточные деформации после растяжения ТЭП зависят от твердости материала и как следствие количество пластика в составе ТЭП. ТЭП разных производителей с одной и той же твердостью может также иметь разные остаточные деформации после растяжения. Некачественные марки ТЭП имеют в составе крайне мало каучука, что превращает материал из резинки в «мягкую тряпку».
Сравнивая ТЭП с резиной после растяжения, часто получают результат не в пользу ТЭП. ТЭП тянется в 7-10 раз до разрыва, а резина в 2-3 раза. При равноценном сравнении, например, одновременном растяжении на одно и тоже удлинение в 200-300% резины и ТЭП, восстановление обоих материалов равнозначно. Наиболее часто используемые на рынке марки ТЭП с твердостью 55-70 Шор А имеют относительные остаточные растяжения после разрыва 80-150%.
Производимые нами марки LCS имеют относительные остаточные растяжения после разрыва всего 30-35%.
Частой проблемой является растрескивание изделий из ТЭП при атмосферных воздействиях. Как правило, растрескивание происходит, когда изделие находится в напряженном деформированном состоянии, под воздействием высокой температуры солнца.
Низкокачественные сорта ТЭП, содержащие в составе много наполнителя, некачественный каучук - склонны к ускоренному разрушению. В ГОСТ 30778-2001 и ГОСТ 31362-2007 для уплотнителей, испытание на трещиностойкость ТЭП не приводится. В практике - это один из важнейших параметров, который мы контролируем. Производимые нами марки ТЭП для уплотнителей, шлангов, изоляции кабелей выдерживают испытание на растрескивание более 1000 часов при температуре 100°С
Термоэластопласты, как и другие классы полимерных материалов, требуют введения стабилизирующих систем для обеспечения длительного срока службы изделий из них. К основным видам старения ТЭП следует отнести:
- деструкция в процессе производства ТЭП и переработки в готовые изделия;
- старение ТЭП под действием УФ излучения солнца;
- окислительное термостарение под действием высоких температур окружающей среды и кислорода воздуха.
Химический механизм старения ТЭП обусловлен образованием свободных радикалов, ускоряющей процесс деструкции основного компонента ТЭП – SEBS каучука.
Для каждого типа деструкции ТЭП требуется свой вид одного или нескольких стабилизаторов. В итоге комплекс стабилизаторов дает синергический эффект усиления действия друг друга. Из практики можно отметить, что не стабилизированный ТЭП для оконных уплотнителей, разрушается под действием солнечного света через 2-3 сезона эксплуатации.
В производимых Заводом «Стандарт Проф» рецептурах ТЭП содержится до 5 видов высокоэффективных стабилизаторов в сумме содержания до 1%.
Вопрос стойкость термоэластопластов к УФ-излучению солнца наиболее актуален для цветных светлых марок. Дело в том, что черные марки производятся с добавлением концентрата сажевого красителя, а сажа, как известно, один из лучших природных абсорберов УФ. Когда дело доходит до цветных марок ТЭП, вопрос стойкости к УФ становится очень остро. Наиболее часто, дешевые рецептуры ТЭП меняют свой цвет, приобретая желтый оттенок.
В последние годы многие производители ТЭП исключили эту проблему, используя в производстве более качественные компоненты. Однако сама проблема старения ТЭП под действием УФ излучения солнца у многих производителей ТЭП практически не решена.
Цвет ТЭП может не меняться под действием УФ, однако в нестабилизированных марках, деформационно-прочностные свойства ТЭП существенно падают после воздействия УФ. Поверхность становится липкой и «пластилиновой», материал разрушается, эластичность теряется.
Завод Стандарт Проф производит УФ стабилизированные марки ТЭП, выдерживающие без изменения свойств более 1000 часов в испытательной УФ-камере под воздействием ультрафиолета и температуры 70°С.
Розовение “pinking effect” светлых полимерных материалов, таких как резины и пластики является давно изучаемым многофакторным явлением. Обобщая мировой опыт можно сказать, что розовение достаточно сложный процесс, инициируемый слабым солнечным светом, теплом, оксидами азота, содержащимися в выхлопных газах, фенольными соединениями, содержащимися в картоне и фанере, химическими моющими средствами и прочими факторами.
Однако точно установлено:
- розовение обратимо. Под УФ солнца на открытом воздухе розовый оттенок исчезает;
- протирание изделий уксусной эссенцией помогает уменьшить розовый оттенок;
- розовение не влияет на эксплуатационные характеристики продукта.
Поскольку явление розовения светлых марок ТЭП перманентно и трудно сопоставимо с условиями хранения и эксплуатации изделий, проблема затрагивает всех производителей.
Завод Стандарт Проф в 2019-2020 годах провел большую серию экспериментов, длительностью год, для исключения исходных рецептурных факторов, влияющих на розовение светлых марок ТЭП. Мы гарантируем, что производимые в настоящее время светлые марки ТЭП не подвержены этому явлению.
В последние годы термоэластопласты начали активно использоваться для производства поливочных шлангов взамен ПВХ пластикатов. Быстрому переходу способствовало идентичность технологии производства шлангов из ПВХ и шлангов из ТЭП, возможность использовать для производства шлангов ТЭП те же самые производственные линии, что и для шлангов ПВХ.
К преимуществам шлангов из термоэластопластов можно отнести:
- повышенную атмосферостойкость и соответственно срок службы шланга;
- мягкость шланга ТЭП при отрицательных температурах и при перекачке холодной воды;
- сохранение эластичности шланга ТЭП при нагреве шланга на солнце.
Как правило шланг ТЭП состоит из нескольких слоев: внутреннего слоя, армирования, внешнего слоя и цветных маркерных полос на наружном слое. К разным слоям ТЭП предъявляются разные технологические и эксплуатационные требования.
Внутренний слой должен иметь хорошую технологичность, экструдироваться без пульсаций, чтобы наложение на него верхнего слоя было равномерным. Как правило на внутреннем слое шланга экономят, используя ТЭП высоконаполненный или ТЭП на основе не атмосферостойкого SBS каучука. На внутренний слой не воздействует УФ солнца, однако растрескивание внутренних слоев из дешёвого ТЭП на SBS возможно при длительном изгибе шланга под солнцем. Поэтому для внутреннего слоя также рекомендуется использовать более качественный ТЭП с плотностью не более 1,22 г/мл на SEBS каучуке.
Внешний слой шланга должен быть атмосферостойким. Не менять оттенок под действием солнца, не разрушаться и не становиться липким. Технологически внешний слой шланга должен иметь хорошую адгезию к внутреннему слою.
ТЭП для обоих слоев шланга должен иметь высокий модуль на растяжение. Высокий модуль упругости снижает увеличение диаметра шланга (раздутие) при рабочем давлении. Завод Стандарт Проф в 2013 году одним из первых в России начал массовый выпуск шлангов ТЭП. В Ассортименте более 15 различных марок ТЭП поливочных, технических, пищевых и кислородных шлангов. Помимо этого наши марки ТЭП характеризуются стойкостью к царапинам.
Термоэластопласт для производства уплотнителей наиболее широко представлен на российском рынке. Исходя из условий эксплуатации уплотнителей во внешней среде от минимальных температур зимой, например в Иркутске до -50°С, до южных регионов России, где черный уплотнитель может нагреваться на солнце до 70°С, ТЭП для производства оконных и дверных уплотнителей одна из самых сложных и недооценённых марок. В следствие высокой конкуренции производителей ТЭП на рынке России, в погоне за ценой, качество этих марок ТЭП может быть абсолютно неудовлетворительным.
К основным характеристикам ТЭП для производства уплотнителей исходя из нашего опыта и учитывая требования ГОСТ 30778-2001 и ГОСТ 31362-2007 стоит отнести:
- Остаточную деформацию сжатия;
- Усадку при длительном выдерживании уплотнителя в отрицательных и повышенных температурах;
- Повышение твердости при отрицательных температурах;
- Стойкость к растрескиванию ТЭП при повышенных температурах;
- Модуль упругости ТЭП;
- Стойкость к термостарению, старению под действием озона, старению под действием УФ- излучения.
При этом большинство потребителей ТЭП не имеют входного контроля марок ТЭП по данным показателям. К основным показателям входного контроля чаще всего относят три показателя: твердость, плотность и ПТР. Эти показатели косвенно характеризуют качество ТЭП. При высоком ПТР более 20 г/10мин трудно получить уплотнитель правильной геометрии. Высокий ПТР может быть следствием низкого содержание SEBS каучука в составе. Высокая плотность говорит о большом количестве наполнителя и удешевлении марки за счет этого. На рынке встречаются марки с одинаковым уровнем этих трех первичных показателей входного контроля ТЭП, но абсолютно разными характеристиками, важными для эксплуатации уплотнителя.
Завод «Стандарт Проф» производит уплотнители из ТЭП с 2012 года. За время работы накоплен огромный опыт и знания в области требуемого состава ТЭП для производства уплотнителя. Производимые нами уплотнители из нашего ТЭП имеют заводскую гарантию 5 лет и срок службы более 20 лет.
Заводом «Стандарт Проф» разработаны специальные марки термоэластопластов для производства уплотнителей серии LCS (low compression set) с пониженным остаточным сжатием, превосходящим по этому показателю ЕПДМ резины.
Основные преимущества LCS марок ТЭП для уплотнителей окон, профильных систем и ТЭП для уплотнителей прочего назначения :
В два раза более упругий чем стандартный ТЭП уплотнитель.
При растяжении не образует «шейки» и значительно лучше восстанавливается.
Повышенная теплостойкость, отлично восстанавливается после сжатия.
Таблица сравнения основных деформационно-прочностных свойств марок
Материалы серии LCS превосходно конкурируют с ЕПДМ резиной для оконных уплотнителей. Имея превосходящий ЕПДМ уровень свойств, ТЭП при этом имеет нейтральных запах, не раздражает кожу, не пачкает профиль черным следом в процессе эксплуатации.
Испытания уплотнителей серии LCS на крупных заводах производителях профиля в России и Германии показали класс «А» по воздухо- и водопроницаемости оконного блока.
Одним из первых требований, определяющим состав ТЭП для обувных подошв является возможности качественной приклейки подошвы из термоэластопласта к верхней части обуви. Общепризнанным высоким уровнем качества ТЭП для обувных подошв обладают итальянские марки. В последние годы появляются и российские производители обувного термоэластопласта.
По мягкости подошвы зимой и удобству ношения, ТЭП для подошвы превосходит обувные ПВХ пластикаты, по цене обувные подошвы из термоэластопласта существенно дешевле подошв из полиуретана.
Наиболее важными характеристиками обувного ТЭП являются:
- физические характеристики: твердость, плотность, ПТР;
- упруго прочностные характеристики: прочность, модули упругости, удлинение до разрыва и остаточное удлинение после разрыва;
- остаточные сжатия ТЭП при комнатной и повышенной температуре;
- истираемость;
- количество циклов деформации до излома.
Плотность обувного ТЭП как правило около 1,0-1,02 г/мл, а показатель текучести 15-70 г/10мин. Твердость от 55 до 85 шор А в зависимости от типа обуви, к которой будет использоваться получаемая подошва.
При этом истираемость и стойкость к растрескиванию при многократных деформациях определяют именно уровень качества ТЭП. Качественные марки обувного ТЭП имеют показатель истираемости не более 250 мм3, а количество циклов деформации до излома более 20 000.
Завод «Стандарт Проф» производит ассортимент обувных марок ТЭП черного, натурального и любого другого цвета по Ral. Разработаны прозрачные марки ТЭП для обуви и марки с пониженной плотностью.
tpe@standart-prof.ru
8-800-700-77-24 отдел продаж (Россия)