Сравнение характеристик и свойств материалов из TPE и EPDM

Термопластичные эластомеры (ТПЭ) представляют собой важный класс материалов и могут быть использованы в широком спектре промышленности. В общем, ТПЭ охватывают множество различных типов структур полимерных материалов и отличаются тем, что они являются мягкими и гибкими, как термореактивная резина, и в то же время могут обрабатываться в расплаве и перерабатываться, как термопласты.

ТПЭ определены Международным институтом производителей синтетического каучука как:

«Полимеры, полимерные смеси или соединения, которые выше температур плавления проявляют термопластичный характер, позволяющий им формоваться в изготовленные изделия, и которые в пределах своего расчетного температурного диапазона обладают эластомерными свойствами без сшивания во время изготовления. Этот процесс является обратимым, и продукт может быть переработан и переделан».

Структура термопластичных эластомеров TPE

По существу, ТПЭ представляют собой блок-сополимеров или физическую смесь полимеров, которые проявляют одновременно термопластичные и эластомерные свойства. Как семейство, ТПЭ охватывают особую группу полимерных материалов, которые подвергаются высокому уровню упругой деформации без сшивания. Они демонстрируют характеристики как термопластов, так и термореактивных каучуков одновременно.

Конструктивно ТПЭ делятся на две категории: смеси и блок-сополимеры. Независимо от того, является ли TPE смесью или блок-сополимером, полимерная система имеет кристаллические и аморфные состояния. Для смесей это достигается механической смесью полукристаллических и аморфных полимеров. Альтернативно, блок-сополимеров состоит из отдельных блоков кристаллических и аморфных в одной полимерной цепи. Эта двойственность структуры объясняет уникальные свойства TPE.

1. Кристаллические, известные как жесткий блок, имеют упорядоченную, запертую структуру, которая придает материалу термопластичные свойства. Относительно плотно упакованная кристаллическая фаза и связанные с ней межмолекулярные силы, удерживающие цепи, создают молекулярную структуру, которая в некоторой степени имитирует сшитую конфигурацию внутри материала.
2. Аморфные вещества, известные как твёрдый блок, имеют неупорядоченную структуру, которая придает материалу эластомерный характер. Это связано с большим свободным объемом внутри молекулярной структуры, что обеспечивает большее молекулярное движение. Функциональность жестких блоков и мягких блоков одинакова как для смешанных, так и для блок-сополимерных ТПЭ.

Основанные на блок-сополимере ТПЭ основаны на полимерах, которые имеют твердые и мягкие блоки вдоль основной полимерной цепи. В качестве объемного отклика затвердевание из расплавленного состояния приводит к слиянию кристаллических веществ в твердые блоки, что приводит к характерному термопластичному поведению. И наоборот, аморфные вещества образуют эластомерные мостики, также известные как связующие молекулы, представляющие собой твёрдые блоки, которые придают эластомерное поведение.

Независимо от того, является ли материал ТПЭ сополимером или смесью, твёрдый блок будет иметь температуру плавления или реже температуру стеклования, значительно превышающую комнатную температуру. Соответственно, твёрдый блок будет иметь температуру стеклования или реже температуру плавления, значительно ниже комнатной температуры.

Специфические свойства могут быть получены и адаптированы путем выборочного сочетания структуры и соотношений отдельных фаз. Хотя и жесткая, и твёрдая фазы вносят вклад в общие физические и механические свойства TPE, некоторые ключевые свойства могут быть более тесно связаны с одним или другим веществом. Некоторые ключевые свойства, связанные с отдельными фазами.

Виды TPE (ТПЭ) и каучуков

Существует шесть общих классов коммерческих TPE:

1. стирольные блок-сополимеры (SBC): блок-сополимеры и терполимеры стирола и бутадиена;
2. полиолефиновые смеси (TPO): смеси полипропилена и несшитого поли (этиленпропилендиен мономера) (EPDM) каучука;
3. эластомерные сплавы (TPV): смеси полипропилена и вулканизированного (сшитого) каучука EPDM;
4. термопластичные полиуретаны (TPU): линейные сегментированные блок-сополимеры, образованные реакцией диизоцианатов с короткоцепочечными диолами и диизоцианатов с длинноцепочечными диолами;
5. термопластичные сополиэфиры (COPE): сополимеры бифункциональных ароматических сложных полиэфиров с эфирными связями;
6. термопластичные полиамиды (PEPA): сополимеры, полученные поликонденсацией полиамида карбоновой кислоты с простым спиртовым концевым полиэфиром.

Термрреактивная резина, каучуки EPDM и другие

В отличие от термопластичных эластомеров, термореактивные каучуки представляют собой однофазные материалы без двойной твердой и гибкой фаз. Каучуковые материалы представляют собой макромолекулы натурального или синтетического полимера и могут быть полимеризованы в виде гомополимеров или статистических сополимеров / терполимеров.

Структура каучука аморфная, исключая кристаллические вещества. Из-за этого резиновые материалы подвергаются стеклованию, но не имеют точки плавления. По определению, термореактивные резиновые материалы имеют температуру стеклования ниже комнатной температуры. Это контрастирует с термореактивными пластиковыми материалами, которые имеют температуру стеклования выше условий окружающей среды.

Существует большое разнообразие типов термореактивных резиновых материалов, причем следующие представляют некоторые из наиболее распространенных с их общими сокращениями:

• этиленпропилендиеновый мономерный каучук (EPDM);
• натуральный каучук (NR);
• полиизопрен (IR);
• полихлоропрен (CR);
• бутадиен-стирольный каучук (SBR);
• нитрил-бутадиеновый каучук (NBR);
• бутилкаучук (IIR);
• полибутадиен (BR);
• эпихлоргидрин (ECO);
• фторированный углеводород (FKM);
• силиконовая резина (Q).

Процесс сшивания в термореактивной резине представляет собой химическую реакцию, которая протекает при относительно высокой температуре в процессе формования. Наиболее распространенными сшивающими агентами являются сера, серосодержащие химические вещества и пероксиды.

Как термопластичные эластомеры, так и термореактивные каучуковые материалы получают свои основные свойства от основного полимера. Однако оба типа материалов содержат составные добавки, которые модифицируют и улучшают конечные свойства соединений. Эти добавки обычно включают армирующие наполнители, не усиливающие наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и антидеградирующие вещества, технологические добавки и многие типы специальных усилителей производительности. Термореактивные резиновые смеси также содержат отвердители, активаторы и ускорители отверждения для усиления процесса сшивания.

Сравнение TPE, TPE-S и EPDM

На базовом уровне термопластичные эластомеры проявляют некоторые характеристики термореактивного каучука, но при высокой температуре плавления или размягчения они могут перерабатываться в расплаве, как термопласты. Это позволяет повторно обрабатывать TPE и подвергать их повторной обработке. С точки зрения тех, кто знаком с термопластами, ТПЭ обеспечивают простоту изготовления и гибкость конструкции, которой нет у термореактивной резины.

Одной из последних разработок в области термоэластопластов является TPE-S, где в качестве каучука использован стирол-этилен-бутилен-стирольный блок-сополимер (SEBS).

По сравнению с другими термопластичными материалами, TPE-S обладают преимуществами в свойствах:

• мягкость: низкая твердость;
• гибкость: низкий модуль;
• высокая сопротивляемость удару;
• регулируемую твердость по Шору А (от 30 до 95 ед.)
• морозостойкость;
• сопротивление разрыву и истиранию;
• сопротивление усталости;
• желаемый набор компрессии;
• широкий диапазон температур использования;
• химическая устойчивость;
• низкий удельный вес.

Тем не менее, термореактивные резиновые смеси предлагают отличные эксплуатационные преимущества по сравнению с TPE из-за их сшитой структуры. Абсолютные свойства будут сильно зависеть от конкретных сравниваемых соединений. Преимущества TPE преобладают в области обработки, в то время как преимущества, указанные в легкости компаундирования и легкости формования, основаны на своей точке зрения. У тех, кто знаком с работой с термореактивными смесями, могут быть разногласия.

Оба типа материалов: термопластичные эластомеры и термореактивные каучуки, представляют собой различные классы полимерных материалов, предлагающих широкий спектр свойств. Сравнение показывает, что присущие свойства зависят от различных структур, включающих два набора материалов, а также от добавок к составам.

Свойства материала	ПВХ (PVC)	EPDM	TPE-S
Прочность на разрыв (МПа)	11	9	13
Электрическое сопротивление при 20°С (Ом×см)	1×10-11	1×10-9	8,9×10-11
Температура стеклования (°С)	-40	-50	-50
Удлинение на разрыв (%)	450	250	480
Истираемость (м3/ТДж)	14,9	100	16,1
Удлинение, после выдержки при 100°С, 7 дней (%)	90	60	90
Усадка материала в год (%)	1	>3	0,5
Допустимая температура эксплуатации (°С)	-30 - +80	-50 - +100	-40 - +90
Твёрдость по Шору А (усл. единиц)	50-80	45-75	50-95
Инертность к поликарбонату	Нейтрален	Агрессивен	Нейтрален
Стойкость к маслам	Нейтрален	Нейтрален	Нейтрален
Горючесть материала	Горит	Горит	Затухание
УФ-светостойкость	Устойчив	Устойчив	Устойчив
Восстанавливаемость после сжатия при -20°С (%)	0,39	0,38	0,39
Запах	Нет	Есть	Нет

Лучший материал для конкретного применения будет зависеть от многих параметров, включая конструкцию компонента и условия эксплуатации. Производитель уплотнителей TM POLI, хорошо знаком как с термопластичными эластомерами, так и с термореактивными каучуками, для того, чтобы выбрать для Вас наиболее подходящий материал уплотнителя и обеспечить наилучшие шансы на успех Вашего конечного продукта.