Тэп полимерный термопластичный материал что это
Термоэластопласт (ТЭП): описание, виды и область применения
История термоэластопластов (ТЭП, TPE) берет свое начало в 1959 году, но в те времена материал не пользовался популярностью из-за несовершенной рецептуры и дороговизны производства. Применение передовых технологий позволило не только уменьшить затраты на изготовление, но и разработать множество видов термопластов для разных условий эксплуатации. Поэтому сегодня ТЭП широко востребован в различных отраслях промышленности: обувной и текстильной, химической, автомобильной, строительной и других.
Термоэластопласт: что это за материал
ТЭП или термопластичный каучук представляет собой полимерную композицию, которая в обычных условиях имеет свойства мягких резин, а при воздействии высоких температур сохраняет высокую текучесть и может использоваться для формовки готовых изделий. По эластичности TPE имеют свойства сшитых каучуков.
Термопластичные эластомеры подлежат многократной переработке, что позволяет значительно сократить выбросы в окружающую среду и затраты на изготовление новых товаров. В производстве изделий чаще всего используются методы экструзии и литья под давлением. Кроме того, допускается переработка путем каландрования и вальцевания.
Преимущества термопластов
Высокая цена на ТЭП, в сравнении с классической резиной, компенсируется высокими объемами производства. Литье под давлением обходится намного дешевле, чем вулканизация резино-технических изделий (РТИ). Кроме того, резина подвержена моральному устареванию. Со временем она теряет эластичность и становится ломкой. Термоэластопласты обладают обратным свойством: они остаются эластичными, а показатели прочности – увеличиваются. Материал также можно соединять методом сварки и с помощью клеевых составов.
Виды ТЭП
По составу и характеристикам, термоэластопласты условно разделяют на 6 групп. Далее подробнее поговорим об особенностях каждого из этих видов.
Стирольные блок-сополимеры (SBS, TPE-S)
В основе материала лежат 2-фазные блок-сополимеры с твердыми и мягкими включениями. Блоки стирольных концов отвечают за термопластичность, а средние – за эластомерные характеристики. На долю SBS приходятся наибольшие объемы производства. Материал широко используют в изготовлении таких изделий, как:
В результате гидрирования образуется SEBS. Данный термопласт превосходит СБС по термостойкости, устойчивости к механическим нагрузкам и химическому воздействию.
Термопластичные полиолефины (TPO)
Материал изготавливается на основе полипропилена и несшитого каучука. Для улучшения терморезистентности и свойств сжатия, используется незначительная поперечная сшивка. Данная технология применяется в производстве изделий, отвечающих повышенным требованиям к ударной вязкости. Например, TPO часто используется в изготовлении приборных панелей и бамперов для автомобилей. Такой материал имеет твердость по Шору А до 80.
Термопластические вулканизаты (TPV)
Материал имеет одинаковый состав с TPO, но компоненты подвергаются динамической вулканизации в процессе смешивания. Данный вид термоэластопластов активно используется в производстве уплотнений для автомобилей, труб и других изделий, где нужна устойчивость к температурам до +120°C. Материал имеет твердость по Шору А 45 и Д 45. На сегодняшний день многие компании освоили производство нового ТЭП на основе инженерных пластмасс с добавлением эластомеров. Эти материалы отличаются лучшей термостойкостью и устойчивостью к химическим веществам.
Термопластичные полиуретаны (TPU)
Эта разновидность термоэластопластов изготавливается на основе полиэфирных или полиэфир-уретановых волокон. Материал востребован в производстве изделий, рассчитанных на высокие механические нагрузки и подверженных износу:
Примечание: температура плавкости термоэластопласта составляет +70°C, поэтому обувь нельзя сушить на открытом огне, иначе подошва расплавится, а изделие придет в негодность.
TPU имеет твердость по Шору А 80.
Термопластичные сополиэфиры (TEEE)
Материал востребован в автомобильной промышленности и изготовлении промышленных шлангов. К достоинствам данного вида ТЭП относятся:
Твердость по Шору А 85, Д 75.
Термопластические полиэфирные блок-амиды (TPE-A)
Материал обладает хорошей стойкостью к высоким температурам и химическим веществам, а также образует прочные соединения с полиамидными пластмассами. Чаще всего используется в производстве оболочек кабелей и изделий для космической отрасли.
Ведущие страны-поставщики термоэластопластов
Россия стремительно наращивает производство термопластичных эластомеров, но нынешних объемов недостаточно для покрытия спроса, поэтому многие предприятия вынуждены использовать импортные материалы.
В тройку крупнейших поставщиков входят:
При ввозе термоэластопласта код ТН ВЭД является одним из ключевых сведений для таможенного оформления. На данную категорию товаров распространяются обозначения 4002192000 и 3901903000.
Термопластичный каучук для подошвы — плюсы и минусы, свойства
Термоэластопласт – это полимерный материал, объединяющий в себе эластичность каучука и термопластические свойства, придающие изделию высокую текучесть в расплавленном состоянии. Термопластичный каучук – самый востребованный в изготовлении подошвы для обуви. Он теплее ПВХ и обладает высокой прочностью. Но это далеко не все причины, по которым материал активно используется в обувной промышленности. В нашей статье рассмотрим свойства ТЭП подробнее.
ТЭП подошва – что это
ТЭП подошва представляет собой обувную подошву из синтетических полимеров, лишенную недостатков резины. Термоэластопласты обеспечивают хорошее сцепление изделия с различными поверхностями и высокую сопротивляемость деформациям.
ТЭП подошвы имеют интегральную структуру: наружный слой является монолитным, а внутренний – пористым. Такое решение позволило исключить зависимость твердости и истираемости подошв от плотности.
Термоэластопласт: подошва скользкая или нет
Материал отличается хорошим коэффициентом трения не только по сухому асфальту, но и заснеженным и мокрым дорогам. Подошва из термоэластапласта, имеющая рельефный протектор, практически не скользит даже в гололед. Благодаря этому свойству, изделия из ТЭП позволяют минимизировать травматизм в зимнее время.
Термоэластопласт подошва: характеристики
Обувные подошвы из ТЭП обладают следующими свойствами:
Плюсы и минусы термоэластопласта в изготовлении подошвы
Начнем с преимуществ материала.
Устойчивость к повреждениям
Материал практически не поддается разрушению. Во время активных занятий обувная подошва не разрушается от веток, битого стекла и других острых предметов.
Хорошее сцепление с дорогой
Полимерные подошвы обладают высоким коэффициентом трения, поэтому обувь практически не скользит по мокрым и заснеженным дорогам. Это позволяет избежать травматизма в неблагоприятную погоду. Кроме того, цвет подошвы не переносится на пол, а значит, в такой обуви можно ходить в помещении.
Превосходная амортизация
Подошва хорошо пружинит на асфальте и другой жесткой поверхности. Такая обувь не создает дополнительную нагрузку на костно-мышечную систему, поэтому после длительной носки нет дискомфорта. Кроме того, она не сковывает движений стопы. Обычно подошвы из ТЭП применяют в обуви для активного отдыха.
Экологическая безопасность
ТЭП – экологически чистый материал, не выделяющий токсичных веществ на солнце. Благодаря этому свойству материал востребован в производстве детской обуви и изделий для помещения. Еще одно достоинство ТЭП – допускается сочетание с другими веществами, что позволяет делать комбинированные подошвы.
Вторичная переработка
Материал поддается второй переработке. За счет этого сокращаются затраты на производство и вредные выбросы в окружающую среду. Благодаря низкой себестоимости производители могут выпускать недорогие изделия. По этой причине подошвы из ТЭП активно используются на китайских фабриках.
Износостойкость
Несмотря на низкую себестоимость, материал хорошо сопротивляется истиранию.
Стойкость к химическим веществам
Термоэластопласты противостоят кислотам, щелочам и природным органическим веществам. Это ощутимое достоинство для жителей городов, где дороги часто посыпают агрессивными реагентами.
Недостатки подошвы из ТЭП
Если сравнивать плюсы и минусы термопластичной подошвы из каучука, негативных свойств в разы меньше. Основным его недостатком является низкая термостойкость. Материал переносит жару и морозы, но при экстремально низких или высоких температурах он теряет свои характеристики.
Подошвы из обуви на любой сезон
Подошва из термоэластопласта отлично подходит для межсезонья благодаря легкому весу и амортизационным свойствам. Используется также в летней и зимней обуви, но нужно учитывать ограничения. ТЭП не подходит для южных регионов с экстремально высокими температурами. В таких условиях протектор может потерять рисунок при контакте с разогретым асфальтом. В северных регионах с сильными морозами эластомер может треснуть при изгибе.
Подобрать подходящий материал поможет компания «Углич-Пласт». Мы являемся производителем и предлагаем широкую разновидность ТЭП для обуви на любой сезон.
Термоэластопласты (ТЭП, ТПЭ)
Термоэластопласты или термопластичные эластомеры (ТЭП, TPE-E, TPC-ET, ТПЭ, TPE, ТПВ, TPV, TPE-S, TPE-O, TPE-U, PEEL, TEEE, COPE, TPU, TPUR, TP Urethane, PEBA, TPE-A, TPAE, TPA, TPSiV, TPR, TPE-V) – это полиматериалы, предоставляющие на сегодняшний день очень быстро развивающийся сегмент промышленности.
Термоэластопласты представляют собой синтетические полимеры, обладающие при обычных температурах свойствами резины, а при повышенных – способны размягчаться подобно термопластичным полимерам. ТЭП перерабатывается в резиновые изделия, минуя стадию вулканизации.
В целом структура ТЭП очень сложная, поэтому представить ее одним изображением достаточно сложно. Следует отметить, что структура материала состоит из двух микроскопических фаз: одна – низкомодульная и легкодеформируемая, а другая – жесткая, выполняющая функции связи между упругоэластичными зонами. При нагревании термоэластопластов выше температуры плавления их жесткая фаза расплавляется и позволяет полимеру вытекать в перерабатывающее оборудование.
Свойства термоэластопластов
Широкое применение ТЭП обусловлено отличительными свойствами данного материала. К таким свойствам можно отнести:
мягкость и упругость;
высокую технологичность и допустимость вторичной переработки;
высокую эластичность при низких температурах;
диэлектрические характеристики, которые позволяют применять в производстве изоляционные материалы;
термо- и климатоустойчивость;
устойчивость к слабым кислотам, растворам щелочей, солей, спиртам, воде и атмосферным воздействиям;
достаточно длинный эксплуатационный период;
Следует отметить, что термоэластопласты относятся к полностью перерабатываемым материалам, которые также не содержат хлор и серу. Новопроизведенные ТЭП не содержат в себе свинцовых стабилизаторов и прочих тяжелых металлов. К положительным свойствам можно отнести пониженную миграцию пластификатора.
Свойства термопластичных эластомеров обеспечивают длительное функционирование изделий без снижения эксплуатационных характеристик в условиях постоянно сменяющихся воздействий окружающей среды и атмосферных факторов (холод, повышенные температуры, низкая влажность и т.д.).
И последнее, что отличает ТЭП от резины – способность со временем улучшать свои прочностные показатели.
Ниже приведена сравнительно-оценочная характеристика различных ТЕП-ов и других полимерных материалов.
Напряжение при изгибе
Литье под давлением
Классификация методов получения ТЭП
Термопластичные эластомеры получают различными методами, в зависимости от класса сополимеров и природы исходных мономеров в соответствии с приведенной ниже классификацией:
К классу блок-сополимеров относятся сополимеры с чередующими мягкими и жесткими сегментами. Такие блоки имеют различных химический состав и структуру расположения.
Свойства таких термоэластопластов зависят от длины и количества блоков, последовательности соединения, средней молекулярной массы, химического строения блоков и молекулярно-массового распределения.
Также выделяют и полимерные смеси (относятся ко второму классу). Они наиболее часто применяются в промышленности в последнее время.
Технология получения диенсодержащих термоэластопластов
Далее рассмотрим технологию получения диенсодержащих термоэластопластов. Данный процесс включает в себя следующие стадии:
подготовка мономеров и растворителя;
выделение полимера из раствора;
сушка, гранулирование, упаковка термоэластопласта.
Обратимся к первому этапу производства – подготовка мономеров и растворителя. Так, в зависимости от характера примесей мономер и растворитель подвергается тщательной очистке щелочью, промывке водой, азеотропной дистилляции, ректификации, осушке оксидом алюминия. Из-за достаточно высокой чувствительности реакции полимеризации даже к небольшим количествам кислорода все процессы подготовки мономеров и растворителя проводят в атмосфере азота, допустимое содержание кислорода в котором не превышает 0,001% мас.
Наиболее ответственная стадия процесса получения термоэластопластов – процесс полимеризации. Правильный выбор аппаратурного оформления является основным условием оптимального проведения процесса. Молекулярно-массовое распределение относится к одной из важнейших характеристик термоэластопластов. От нее зависят их свойства. Бутадиен-стирольный ТЭП с узким ММР бутадиенового и стирольного блоков имеет значительно лучшие физико-механические показатели, чем сополимер с широким ММР.
Если обрыв цепей не происходит при проведении процесса полимеризации по механизму «живых» цепей, то в реакторе периодического действия или в проточном реакторе идеального вытеснения получается полимер с более узким молекулярно-массовым распределением, чем в проточном РИС. Из-за этого термопластичные эластомеры часто получают в реакторах периодического действия.
Ниже приведена технологическая схема получения бутадиен-стирольных термоэластопластов типа полистирол-полибутадиен-полистирол периодическим методом.
Схема получения бутадиен-стирольных термоэластопластов
1-4, 6, 7 – осушители и адсорберы;
5 – колонна азеотропной осушки;
9, 12, 14 – полимеризаторы;
11, 13, 15 – интенсивные смесители.
Мономеры и растворитель перед процессом полимеризации подвергаются дополнительной очистке и осушке. Растворитель осушается в аппаратах 1 и 2, заполненным активированным оксидом алюминия или при помощи молекулярных сит. С целью удаления из стирола ингибитора и влаги его пропускают последовательно через аппараты 3 и 4, заполненные адсорбентом. После отмывки от ингибитора бутадиен поступает на азеотропную осушку, проводимую в колонне 5, и осушку в осушителях 6 и 7. С целью получения шихты стирол смешивают в заданном соотношении с растворителем и с целью снижения влияния различных микропримесей на процесс полимеризации титруют инициатором в аппарате 8, то есть добавляют к раствору ограниченно-минимальное количество заранее подкрашенного литийорганического соединения до появления устойчивого цвета окраски.
Первый полистирольный блок термоэластопласта получают в полимеризаторе 9, в который направляется стирольная шихта из титратора 8 и рассчитанное количество инициатора. С целью поддержания необходимой температуры в рубашку полимеризатора подается теплоноситель. Полимеризацию в полимеризаторе 9 проводят до полной конверсии стирола. Далее «живой» полистирольный блок поступает на смешение с бутадиеновой шихтой. Эта бутадиеновая шихта получается при смешении рассчитанных количеств бутадиена и растворителя с дальнейшим титрованием инициатором в титраторе 10.
В последующем полистирольный блок смешивают с бутадиеновой шихтой в интенсивном смесителе 11 и отправляют на второй полимеризатор 12. Образование двухблочного сополимера осуществляется полимеризацией бутадиена до полной конверсии.
Далее «живой» двухблочный сополимер смешивают со стерильной шихтой в интенсивном смесителе 13 и направляют в полимеризатор 14 с целью получения трехблочного сополимера. После достижения полной конверсии стирола трехблочный сополимер подают на дезактивацию катализатора и стабилизацию полимера в интенсивный смеситель 15 и далее на выделение полимера из раствора. При получении трехблочного сополимера методом сочетания «живой» двухблочный сополимер смешивают со сшивающим агентом в интенсивном смесителе и всю реакционную массу подают в полимеризатор с целью завершения реакции сочетания. После чего полимер стабилизируют и выделяют из раствора.
Как правило, в крупных химических производствах используют непрерывные процессы, которые позволяют снизить эксплуатационные расходы вследствие устранения периодической загрузки исходных веществ и выгрузки продукта реакции, улучшить условия для возможности автоматизации процесса и обеспечить устойчивость технологического режима.
Для выделения полимера из раствора применяют всевозможные варианты водной и безводной дегазации. Данный процесс и его аппаратурное оформление аналогичны процессу выделения стереорегулярных каучуков из растворов. Для предотвращения слипания полимерной крошки в дегазаторах необходимо использовать антиагломераторы. При выделении полимера с большой характеристической вязкостью получается неслипающаяся крошка даже без применения антиагломератора.
Ниже приведена технологическая схема выделения ТЭП из раствора методом видной дегазации:
Схема выделения ТЭП из раствора методом видной дегазации
1 – интенсивный смеситель;
3 – дегазатор первой ступени;
7 – колонна азеотропной осушки;
8, 11 – конденсаторы;
10 – ректификационная колонна;
12, 13 – кипятильники.
Полимеризат объединяют с циркуляционной водой в интенсивном смесителе 1. Эмульсию полимеризата подают в инжектор-крошкообразователь 2, после чего в дегазатор первой ступени 3. Из сепарационной части дегазатора 3 отводятся пары углеводородов и воды на разделение и последующую очистку. Из нижней части дегазатора 3 отводится пульпа полимера, которая потом подается на окончательную дегазацию в дегазатор второй ступени 4. Туда же направляется острый водяной пар.
Пары углеводородов и воды из сепарационной части дегазатора 4 отводятся в дегазатор первой ступени, а пульпа из дегазатора второй ступени выводится на выделение и сушку. Отделение крошки полимера от воды происходит на вибросите 5.
Частично обезвоженная крошка с вибросита направляется на сушку, а вода стекает в сборник 6 и далее возвращается на смешение с полимеризатом. Пары из дегазатора первой ступени 3 поступают в конденсатор 8, затем в сборник 9, в котором происходит его расслаивание. Нижний водный слой возвращается в линию циркуляционной воды, а избыток сбрасывается в канализацию.
Верхний углеводородный слой вместе со свежим растворителем подается в колонну азеотропной осушки 7. Из куба колонны 7 растворитель с высококипящими примесями направляется в ректификационную колонну 10. Из верхней части колонны 10 растворитель направляется на полимеризацию, а из нижней части кубовые остатки выводятся на утилизацию.
Для выделения из раствора полимеров, получаемых анионной полимеризацией, испытывались методы безводной дегазации, применение которых особенно целесообразно для полимеров с очень низким остаточным содержанием катализатора, что позволяет исключить стадию его отмывки. Вследствие меньших расходов энергии безводная дегазация имеет технико-экономические преимущества перед водной. Однако из-за серьезных трудностей, связанных с изготовлением высокопроизводительного оборудования методы безводной дегазации пока не нашли широкого применения в промышленности.
И последняя стадия процесса – сушка, гранулирование и упаковка. Сушку проводят в конвейерных воздушных сушилках или шнековых машинах. Заранее проведенное обезвоживание позволяет значительно сократить время сушки (примерно в 3 – 4 раза). Также существует возможность совмещения проведения процесса сушки и гранулирования. После гранулирования полученный продукт отправляется на упаковку.
Виды термоэластопластов
Ниже рассмотрим виды термоэластопластов. Всего из них выделяют шесть основных групп. Далее эти группы приведены приблизительно в возрастающем ценовом порядке.
Как правило, они основаны на двухфазных блок-сополимерах с твердыми и мягкими сегментами. Обеспечение термопластичных свойств происходит за счет стирольных концов, а эластомерные свойства – за счет бутадиеновых средних блоков. Стирольные блок-сополимеры при гидрировании обращаются в стирол-этилен-стирольные каучуки, так как за счет устранения связей С = С в бутадиеновой составляющей приводит к получению промежуточного блока этилена и бутилена. Такие каучуки характеризуются улучшенной термостойкостью, механическими свойствами и химической устойчивостью. Такого рода блок-сополимеры помимо обувной промышленности используются в адгезивах, модификации битума, рукоятках.
Такие материалы состоят из смеси полипропилена и несшитого этилен-пропиленового каучука. Иногда допустимо присутствие поперечной сшивки с целью улучшения свойств сжатия и терморезистентности. Свойства таких полиолефинов ограничены верхним пределом шкалы твердости, обычно 80 Shore A, а также эластомерными свойствами. Как правило, термопластичные полиолефины могут быть компонентами автомобильных бамперов и приборных панелей.
Эти материалы являются следующим шагом по показателям от термопластичных полиолефинов. Они включают в себя также соединения из полипропилена и этилен-пропиленового каучука, но они динамически вулканизированы на стадии смешения. В настоящее время внедряется ряд новых TPE-V, называемых «Super TPVs», которые основаны на инженерных пластмассах, смешанных с высокоэффективными эластомерами, которые могут обеспечить значительно улучшенную тепловую и химическую стойкость.
Такого рода материалы основаны либо на полиэфирных либо на полиэфир-уретановых типах и применяются в случаях, когда изделие должно отличаться по прочности на разрыв, должно быть устойчиво к истиранию и износостойкости. Полиуретаны нередко включают в состав промышленных ремней, проволоки и кабелей.
Обычно термопластичные сополиэфиры используются там, где необходима химическая стойкость и устойчивость к температурам до 140 градусов Цельсия. Также они обладают достойной устойчивостью к усталости и прочности на разрыв.
Термопластические полиэфирные блок-амиды
Они обладают хорошей термостойкостью, химически устойчивы ко многим соединениям, а также допустимо их склеивание с полиамидными пластмассами. Применение термопластических полиэфирных блок-амидов допустимо в аэрокосмических компонентах и кабельных оболочках.
Достойные эксплуатационные характеристики обуславливают широкое применение рассматриваемого материала в промышленности и не только. Так, в строительной области термопластичный эластомер используется в качестве уплотнителя окон и дверей, гибкой кровли, является составляющим асфальта, применяется для производства арматуры для трубопроводов, рукояток, накладок и противоударных частей для инструментов.
Термоэластопласты широко применяются и в обувной промышленности в изготовлении подошвы. Благодаря ТЭП основание обуви наделяется такими свойствами как: устойчивость к ультрафиолету и озону, отсутствием продуваемости в узлах, стойкостью к воздействию химикатов и реагентов для посыпки дорог, возможностью окрашивания подошвы в любой цвет, устойчивостью к растяжениям, сохранение эластичности при пониженных температурах и высокой прочностью на разрыв.
Термопластичные эластомеры не обошли стороной и медицинскую сферу. Так, из них получают следующие медицинские изделия:
системы переливания и хранения крови;
элементы медицинских инструментов;
компоненты больничных коек;
груши для аппаратов искусственного дыхания
Помимо всего вышеперечисленного ТЭП используется в производстве всевозможных аксессуаров для автомобилей – бамперов, оконных и дверных уплотнителей, деталей для интерьера, ковриков и прочих изделий.
Рассматривая сферу товаров массового потребления, следует отметить, что термопластичные эластомеры используются для производства детских игрушек, сосок, зубных щеток, сидений для велосипедов, бритвенных станков, различных легкогнущихся компонентов для бытовой техники.
Также данный материал отличается от остальных полимеров легкостью и дешевизной переработки, возможностью в широком пределе изменять свои свойства при синтезе и допускает вариант вторичной переработки.