Термопластичный эластомер: что это и где применяется

Что такое термопластичный эластомер

Термопластичный эластомер — это полимерный материал, который сочетает два свойства, обычно несовместимых. В готовом изделии он гибкий и возвращает форму после растяжения или сжатия, как резина. А при нагреве размягчается и течёт, поэтому его можно лить в форму на термопластавтомате или выдавливать через экструдер, как обычный пластик.

Отсюда и название: «термопластичный» — перерабатывается нагревом, «эластомер» — ведёт себя как каучук. Главное практическое следствие — ТЭП не нужно вулканизировать. Изделие готово, как только остыло в форме.

Как он устроен

Самые распространённые ТЭП — стирольные блок-сополимеры. Их молекула похожа на гантель: по краям жёсткие блоки полистирола, посередине — длинный мягкий блок.

• Жёсткие концевые блоки при комнатной температуре собираются в микроскопические домены и работают как узлы сетки. Они удерживают материал от течения — ту же роль в резине играют химические сшивки после вулканизации.
• Мягкий средний блок даёт эластичность. В SBS это полибутадиен, в SEBS — гидрированный сополимер этилена и бутилена.

Разница с резиной в том, что узлы сетки у ТЭП физические, а не химические. При нагреве полистирольные домены размягчаются, сетка временно исчезает, и материал течёт. При остывании узлы собираются снова. Этот цикл можно повторять — поэтому отходы ТЭП перерабатываются, а вулканизированная резина нет.

ТЭП, ТПЭ, TPE, ТПР — в чём разница

Это названия одного и того же класса материалов, разница только в традиции:

• ТЭП — термоэластопласт, исторически принятое в России сокращение;
• ТПЭ — термопластичный эластомер, дословный перевод английского термина;
• TPE — thermoplastic elastomer, международное обозначение;
• ТПР — термопластичная резина, так в обувной отрасли называют материалы для подошвы, чаще всего на основе SBS.

Какие бывают типы ТЭП

Международный стандарт ISO 18064 делит термопластичные эластомеры на группы по химической природе. От группы зависят температурный диапазон, стойкость к средам и цена.

Дальше в статье речь идёт о стирольных ТЭП — на них приходится основной объём рынка, и именно их мы производим.

Что такое ТЭП-компаунд

Для литья и экструзии изделий чистый SBS или SEBS почти не используют сам по себе: он слишком дорогой, неудобный в переработке и не даёт нужного набора свойств. Перерабатывают компаунд — смесь, в которой базовый полимер сочетается с другими компонентами:

• масло-пластификатор — делает материал мягче и облегчает течение расплава;
• полипропилен — повышает теплостойкость, жёсткость и улучшает переработку;
• минеральный наполнитель, например мел, — снижает стоимость и влияет на плотность и твёрдость;
• стабилизаторы, красители и добавки — защищают от старения, дают цвет, улучшают адгезию к подложке.

Меняя пропорции, из одних и тех же компонентов получают марки от очень мягких до почти жёстких. Поэтому ТЭП подбирают под изделие, а не наоборот: если нужна деталь с определённой твёрдостью, морозостойкостью и ценой, рецептуру настраивают под эти требования.

Чем ТЭП отличается от резины

Коротко: ТЭП выигрывает там, где важны скорость производства, цвет, переработка отходов и масса изделия. Резина остаётся лучше там, где деталь долго работает под сжатием при повышенной температуре или в контакте с маслом и топливом.

Как перерабатывают ТЭП

• Литьё под давлением — основной способ для подошвы, накладок, рукояток, уплотнений и мелких деталей.
• Экструзия — профили, шланги, лист, кабельная оболочка.
• Двухкомпонентное литьё — мягкий слой ТЭП наносится на жёсткую основу из полипропилена, АБС или полиамида. Так делают рукоятки инструмента, щёток и корпусов с мягкими вставками. Здесь решает адгезия марки к конкретной подложке.

Как правило, ТЭП перерабатывают на том же оборудовании, что и обычные термопласты. Режимы — температуры по зонам, давление, температуру формы — задаёт техническая карта марки.

Где применяется ТЭП

Ограничения, о которых стоит знать

ТЭП не универсален, и честнее сказать об этом заранее:

• Температура. У стирольных ТЭП верхний предел ниже, чем у многих резин. Марки на SBS подходят для умеренных условий, на SEBS с полипропиленом — для более горячих. У наших марок это −30…+65 °C для SBS и −40…+115 °C для SEBS.
• Длительное сжатие. Если уплотнение годами работает сжатым в нагретом узле, резина обычно держит форму лучше.
• Масла и топливо. Стирольные ТЭП в контакте с ними набухают. Для таких деталей выбирают другие классы — TPV, TPU или резину.

Как выбрать марку

Выбор начинается не с каталога, а с изделия. Нужно знать четыре вещи:

1. Как перерабатываете — литьё или экструзия.
2. Какая нужна твёрдость — подробно в статье о твёрдости по Шору А.
3. Где работает деталь — улица, мороз, контакт с химией определяют выбор между SBS и SEBS. Об этом — в отдельной статье.
4. Есть ли подложка — для двухкомпонентного литья нужна марка с адгезией именно к вашему пластику.

Если вы уже работаете на импортной марке и хотите её заменить, порядок немного другой — он описан в статье о подборе аналога.