Elastomery termoplastyczne Roslaniec.pdf

ELASTOMERY TERMOPLASTYCZNE

Wstęp

Do tworzyw polimerowych zalicza się zwyczajowo trzy grupy materiałów:

tworzywa termoplastyczne, Ŝywice (duroplasty) i gumę. Zwyczajowo, gdyŜ podział

ten nie opiera się na jednolitych podstawach. śywice po nieodwracalnym

usieciowaniu są twarde i kruche. Tworzywa termoplastyczne są twarde i kruche tylko

w temperaturach uŜytkowania natomiast w podwyŜszonych temperaturach miękną i

płyną zmieniając kształt. Zjawisko to jest odwracalne. Guma, czyli kauczuk po

usieciowaniu, jest twarda i krucha tylko w bardzo niskich temperaturach (poniŜej

temperatury zeszklenia), natomiast w temperaturach uŜytkowania odkształca się

znacznie juŜ pod wpływem niewielkich napręŜeń, a odkształcenie to jest odwracalne.

Odkształcenie takie przyjęto określać jako odkształcenie elastyczne, stąd teŜ pojęcie

tworzyw elastomerowych.

Do ogólnie pojętej grupy tworzyw elastomerowych zalicza się obecnie gumę

(kauczuk wulkanizowany) i elastomery termoplastyczne. Elastomery termoplastyczne

( T hermo p lastic E lastomers, TPE) to materiały polimerowe takŜe charakteryzujące się

duŜym odwracalnym odkształceniem względnym, podobnie jak wulkanizowany

kauczuk, a jednocześnie przetwarzalne podobnie jak tworzywa termoplastyczne, w

sposób prosty i wydajny, gdyŜ nie wymagają sieciowania chemicznego [1].

Obserwujemy stały wzrost produkcji i zastosowania elastomerów termoplastycznych

na świecie. Jednocześnie prowadzone są intensywne badania naukowe nad nowymi

TPE [2-3], w tym do zastosowań biomedycznych [4].

Elastomery termoplastyczne

Właściwości elastomerów termoplastycznych wykazują niektóre kopolimery blokowe

oraz niektóre mieszaniny kauczuków z termoplastami. Komercyjnie produkowane

elastomery termoplastyczne moŜna podzielić na sześć grup. Są to [6]:

TPE-S

Triblokowe kopolimery dienowo-styrenowe, SBS, SEBS,

TPE-O Kopolimery i mieszaniny reaktywne oparte na poliolefinach ( w tym

nowe kopolimery stereospecyficzne [7]),

TPE-V

Mieszaniny kauczuków z termoplastami wytwarzane z tzw.

dynamicznym sieciowaniem,

PE-U

Multiblokowe (segmented block copolymers) elastomery uretanowe

PUR, (eterowe, estrowe, węglanowe); PUE, PUA, PUC,

TPE-E

Multiblokowe elastomery estrowe, PEE,

TPE-A

Multiblokowe elastomery amidowe, PAE.

Elastomery termoplastyczne dostarczane są do odbiorcy w formie granulatów

i nie podlegają takim etapom technologicznym jak guma (nawaŜanie, mastykacja,

sporządzanie mieszanek kauczukowych, konfekcjonowanie). Przed przetwórstwem

naleŜy granulat wysuszyć, przy czym proces ten zaleŜy od warunków dostawy.

Niekiedy producenci preferują dostawę granulatu w szczelnych wielowarstwowych

opakowaniach (workach, beczkach) z udziałem folii aluminiowej, co znaczenie

upraszcza ten zabieg. W niektórych tylko przypadkach do elastomerów

termoplastycznych dodawane są napełniacze i/lub zmiękczacze w oddzielnym cyklu.

Celem jest najczęściej obniŜenie ceny lub zwiększenie twardości materiału, a przy

okazji precyzyjne barwienie lub tp.. Robi to producent lub firma pośrednicząca. Takie

modyfikowane TPE-S wytwarzane są w Polsce dla potrzeb przemysłu obuwniczego.

Do produkcji wyrobów mogą być zastosowane wysoko wydajne metody

przetwórcze jak: wytłaczanie, wtryskiwanie, odlewanie, formowanie z rozdmuchem.

Niektóre z tych materiałów dają się łatwo łączyć przez zgrzewanie lub spawanie.

Potencjalnie elastomery termoplastyczne mogą być przetwarzane wielokrotnie a

odpady technologiczne mogą być zawracane w tym samym cyklu produkcyjnym

(Rys.1).

PRZETWÓRSTWO

KAUCZUK

NIEUSIECIOWANY

(Ciecz lepka)

ogrzewanie

GUMA

(Elastomer)

czas

POLIMER

UPLASTYCZNIO NY

(Ciecz lepka)

chłodzenie

ELASTOMER

TERMOPLASTYCZNY

(Polimerowy materiał nano/mikro

fazowy)

ogrzewanie

Rys.1. Schemat róŜnic w przetwórstwie gumy i elastomerów termoplastycznych [1].

Elastomery termoplastyczne dają moŜliwość stosowania ich w nowoczesnych

technikach wytwarzania wyrobów, polegających na łączeniu tworzywa

termoplastycznego z elastomerem w jednym cyklu przetwórczym (uszczelnienia,

miękkie elastyczne brzegi wyrobu, jednoczęściowe koła do wózków i inne).

Najbardziej znane typy elastomerów termoplastycznych zestawiono w Tab. 1

Tabela. 1. Zestawienie najbardziej typowych komercyjnych elastomerów termoplastycznych

Składnik lub segment

Twardość

[Sh]

Temperatura

stosowania

[ o C]

Rodzaj

Nazwa, Producent

miękki

sztywny/

twardy

TPE-S

Kopolimery

triblokowe

SBS, SIS

SEBS

30A - 40D

Kraton D i Cariflex,

Shell; Europrene,

Enichem; Solprene,

Philips; Stereon,

Firestone

Kraton G, Shell

polibutadien,

poliizopren,

poli(etyleno-

butylen)

polistyren

-70 - +60

TPE-O

Mieszaniny

polimerowe

EPDM/PP

NR/PP

55A - 75D

65A - 50D

Levaflex, Bayer

Santoprene,

Monsanto

Termopl. Kauczuk

Naturalny MRPRA

EPDM

PP; PP/PE

-55 - +100

TPE-V

Mieszaniny

polimerowe:

NBR/PP

EVA/PVDC

60A - 50D

60A - 80A

Geolast, Monsanto

(Alcryn, Du Pont)

NBR

kopoli(etylen-

octan winylu)

PP;PP/PE

poli(chlorek

winylidenu)

-40 - +100

-40 - +120

Kopolimery

multiblokowe:

TPE-U

75A - 75D

Desmopan, Bayer;

Estane, Goodrich;

Pellethane, UpJohn;

Elastollan,

poliester,

polieter

poliwęglan

poliuretan

-25(-40) -

+120

Elastogran-BASF;

Jelur, Jelchem-

Polimery

Kopolimery

multiblokowe:

TPE-E

85A - 72D

Hytrel, Du Pont;

Arnitel, DSM; Riteflex,

Hoechst;; Pelprene,

Toyoho

poliester

arom.

-50 - + 150

Kopolimery

multiblokowe:

TPE-A

60A - 70D

Vestamid, Hüls;

Pebax, Atochem

polieter

poliamid

-40 - + 80

Szersze informacje o producentach I typach elastomerów termoplastycznych wraz z

odniesieniem do stron www podaje Fakirov [5] w rozdziale 17.

Fizyko-chemiczne warunki występowania elastyczności w elastomerach

termoplastycznych

Za odwracalne odkształcenia entropowe w gumie odpowiedzialne są ruchliwe

odcinki łańcuchów kauczuku połączone chemicznymi węzłami sieci. Elastyczne

odkształcenia odwracalne róŜnią się od odkształceń spręŜystych mechanizmem i

wynikającym z niego czasem relaksacji. Pod pojęciem odkształceń spręŜystych

rozumie się sumaryczne odkształcenie wynikające ze zmian odległości

międzyatomowych i kątów walencyjnych pod działaniem siły odkształcającej. Czas

relaksacji jest wówczas krótszy niŜ 1x10 -7 s. O odkształceniach elastycznych

decyduje rozprostowywanie się łańcuchów polimerowych od ich konformacyjnej

postaci w stanie równowagi. Czas relaksacji jest wówczas znacznie dłuŜszy i wynosi

powyŜej 1x10 -3 s. Węzły sieci chemicznej w kauczuku wulkanizowanym i faza twarda

w elastomerach termoplastycznych stanowią punkt odniesienia (zaczepienia)

deformujących się giętkich łańcuchów i wpływają bezpośrednio na ograniczenie

odkształceń plastycznych.

Elastomery termoplastyczne są wielofazowymi układami polimerowymi.

Materiał polimerowy wykazuje cechy elastomeru termoplastycznego wówczas, gdy :

- Składa się z co najmniej dwóch faz (miękkiej i twardej) róŜniących się

znacznie temperaturami zeszklenia (Tg 1 , Tg 2 ) lub temperaturą zeszklenia (Tg)

i topnienia (Tm). Pomiędzy tymi temperaturami występuje szerokie „plateau”

małego modułu (Rys.2-3).

- Fazę miękką tworzą łańcuchy polimeru (segmentu) o duŜej ruchliwości

molekularnej .

F.twarda

F.mięka

-H..OC-

-CO..H-

Rys. 2. Schemat tworzenia fazy twardej w elastomerach termoplastycznych

jako efekt specyficznych oddziaływań intermolekularnych [3]

10 5

Elastomery twarde

10 4

Temperaturowy

zakres uŜytkowania

Ciecz

lepka

10 3

Elastomery miękkie

10 2

Materiał

kruchy

fazy

miękkiej

Temperatura

lub Tm

fazy twardej

Rys.3. Schemat występowanie „plateau” małego modułu w zakresie temperatur

przemian fizycznych w elastomerach termoplastycznych [1].

- Faza twarda podczas ogrzewania (przetwórstwa) przechodzi w postać cieczy

lepkiej w sposób odwracalny.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: