- Термопластичная резина (TPR) и латекс — в чем различия материалов?
- Что такое термопластичная резина?
- Что такое латекс?
- Термопластичная резина против латекса: применение и использование
- Термопластичная резина против латекса: физические свойства
- Термопластичная резина против латекса: возможность вторичной переработки и экологичность
- Термопластичная резина против латекса: стоимость
- Альтернативные материалы TPR и латексу
Термопластичная резина (TPR) и латекс — в чем различия материалов?
TPR (термопластичная резина или каучук) представляет собой сополимер, сочетающий в себе свойства бутадиенового (синтетического) каучука и полистирола (ПС).
Этот материал имеет свойства, схожие с синтетическим каучуком, но его можно обрабатывать и перерабатывать с использованием более точного и контролируемого процесса литья под давлением.
TPR известен своей выдающейся устойчивостью к усталости, ударной вязкостью и химической стабильностью, а также тем, что его можно перерабатывать при правильной обработке.
Латекс, между тем, имеет как разговорное определение, так и совершенно другое научное определение. Под латексом понимают любую суспензию (коллоид) полимерных частиц в жидкой (обычно водной) среде.
Натуральный латекс изготавливается из сока каучукового дерева или, реже, каучуконосной лозы Конго (среди других растений).
Он также относится к группе резиновых материалов, которые находят различное применение в промышленности и дома. В этом контексте под латексом понимается разновидность натурального каучука, содержащая высушенный натуральный каучук.
В этой статье мы сравним термопластичную резину с латексом и перечислим некоторые области применения, физические свойства, затраты и альтернативы обоим.
Что такое термопластичная резина?
TPR представляет собой смесь, содержащую 23% полистирола и 77% бутадиена.
Его получают путем эмульсионной полимеризации входящих в его состав полимеров, в результате чего получается неразделимый материал, содержащий эластомерную термореактивную фазу и распределенную жесткую матрицу из термопластичного материала.
TPR обладает свойствами обоих компонентов, но может быть обработан с предельной точностью в оборудовании для литья под давлением.
Типичные каучуки сначала синтезируют или очищают в частично полимеризованной форме, а сшивку завершают путем нагревания.
В случае TPR бутадиеновый компонент изготавливается полностью сшитым в виде мелкодисперсного порошка.
Затем компонент PS заменяет сшивание, связывая каучук в прочную полимерную матрицу. Гибкость является результатом эластичности бутадиенового компонента, в то время как резиновая связь внутри частиц практически неэластична.
TPR не соответствует характеристикам вулканизированной резины и имеет слишком низкий модуль разрыва для использования в шинах.
Тем не менее, значительно лучшие озоновые, погодные и ультрафиолетовые свойства TPR означают, что он находит широкое применение во многих секторах продукции.
Что такое латекс?
Латекс относится к резиновым материалам, изготовленным сухим способом из натурального каучука. В свежесобранной форме сок каучукового дерева представляет собой вязкую жидкость молочного цвета, которая быстро коагулирует при воздействии атмосферы и после высыхания.
Коагулят в конечном итоге высыхает в черную, липкую и зловонную массу, которая служит сырьем для производства многих резиновых изделий.
Обработка начинается с кипячения частично коагулированного латекса, в результате чего кусочки сырой резины всплывают на поверхность.
Этот материал скатывается в листы. Оставшаяся жидкость удаляется и образует частично сшитый натуральный каучук, который можно использовать в других производственных процессах.
Этот листовой каучук затем подвергается пережевыванию (измельчению и прессованию) и в него вводятся различные добавки, в зависимости от предполагаемого применения.
Полученный на этом этапе материал подвергают каландрированию (горячей прокатке в листы) или экструдированию.
Некоторые изделия проходят дополнительную стадию вулканизации. Материал нагревают под давлением до 140°C при давлении 1 атмосфера и добавляют мелкоизмельченную серу.
Сера проникает в материал и создает прочные поперечные связи. В невулканизированном виде каучук очень эластичный, мягкий и относительно непрочный.
После вулканизации каучук принимает наиболее знакомую нам форму. Часто он черный из-за углеродной добавки, которую он получает на этапе смешивания. Как вулканизированный, так и невулканизированный латекс имеют множество применений.
Термопластичная резина против латекса: применение и использование
Ниже перечислены некоторые секторы рынка, которые используют TPR с соответствующими приложениями:
- Автопроизводство: дверные и оконные уплотнители, детали трансмиссии/подвески, вставки в крыльях, внешняя и внутренняя отделка, приборные панели, воздуховоды кондиционера и двигателя, втулки, приводные ремни, гидравлические трубки, напольные коврики, уплотнительные кольца.
- Строительство: Дверные и оконные уплотнители, гидравлические уплотнители, сантехнические уплотнители.
- Потребитель: уплотнения холодильников, накладки на рукоятки, чехлы для мобильных телефонов, панели переключателей, виброгасители.
- Электроника: герметизация, силовые кабели, высококачественные кабели, защита от ударов мобильных телефонов и уплотнения.
- Обувь и спортивный инвентарь: ласты для дайвинга, трубки для подводного плавания, маски, ручки для лыжных палок, компоненты лыжных ботинок и подошвы для обуви.
- Промышленность: Виброгасители, трубы, коллекторы, уплотнения, втулки подвески, амортизаторы, кровельные мембраны.
- Медицина: воздуховоды, пломбы для шприцев, дыхательные маски и камеры, пломбы, клапаны и катетеры.
Ниже перечислены некоторые применения латекса:
- Автопроизводство: шины, камеры, компоненты подвески, оконные уплотнители, напольные коврики и т. д.
- Конструкция: Звукоизоляция, ковровое покрытие.
- Промышленность: Виброгасители, трубы, коллекторы, уплотнения, подвесные втулки, амортизаторы, кровельные мембраны, клеи, распылительные форсунки и утконосые клапаны.
- Потребитель: одноразовые перчатки, презервативы, диафрагмы, резинки и ластики.
- Медицина: вспомогательные средства для васкулогенеза и остеогенеза, матрица для контролируемого высвобождения лекарств, катушки для измерения артериального давления, порты для подкожных инъекций и порты для флаконов.
- Обувь и спортивный инвентарь: ласты для дайвинга, трубки для подводного плавания, маски, ручки для лыжных палок, компоненты лыжных ботинок и подошвы для обуви.
TPR и латекс (натуральный каучук) являются параллельными, но непохожими материалами, которые имеют ограниченные общие свойства.
Хотя они часто находят применение в одних и тех же секторах рынка и областях продукции, использование нелегированного натурального каучука менее распространено, чем раньше, поскольку синтетические альтернативы стоят дешевле и в целом работают лучше.
Есть области применения, которые оптимальны для каучуков, полученных из латекса (как правило, те, которые лучше всего используют его исключительную эластичность).
TPR плохо подходят для большинства таких применений, поскольку они менее эластичны, тверже и дороже.
Натуральный каучук более уязвим к воздействию окружающей среды, поэтому в основном подходит для изготовления одноразовых изделий. Исключением являются случаи, когда они сильно загружены сажей (например, шины).
Термопластичная резина против латекса: физические свойства
В таблице 1 ниже сравниваются физические свойства TPR и латекса:
| Свойство | Значение TPR (метрика) | Значение латекса (метрика) |
|---|---|---|
|
Твердость по Шору D |
10 — 69 |
30 — 100 |
|
Прочность на растяжение, конечная |
0,345 — 80,0 МПа |
28 МПа |
|
Прочность на растяжение, выход |
0,586 — 4,83 МПа |
— |
|
Относительное удлинение при разрыве |
30-500% |
100-800% |
|
Модуль упругости |
0,0180–0,683 ГПа |
Очень низкий! |
|
100% модуль |
— |
1,5 МПа при 100% деформации |
|
Предел текучести при изгибе |
2,66 — 24,1 МПа |
— |
|
Модуль упругости при изгибе |
0,0917–0,814 ГПа |
— |
|
Истирание Табера, мг/1000 циклов |
30-800 |
Высокий, но не зарегистрированный |
|
Температура плавления |
104 — 191°С |
Размягчается или разлагается при температуре выше 180°C |
|
Коэффициент теплового расширения, линейный |
1 10 — 170 мкм/м°С |
225 мкм/м°С |
Термопластичная резина против латекса: возможность вторичной переработки и экологичность
Эти два материала происходят из совершенно разных химических источников и имеют очень разные экологические характеристики.
TPR обычно получают из нефтехимических источников, при этом мономер стирола производится из нефти, а бутадиеновая часть производится из предварительно очищенного бутана.
Она хорошо перерабатывается, но, как и большинство полимеров, переработанный материал является второсортным.
TPR — это стабильные материалы, которые очень медленно разлагаются в естественной среде. Кроме того, на рынок начали поступать мономерные материалы для TPR, полученные из водорослей.
Латекс — это натуральный материал, полученный из сока бразильского каучукового дерева Hevea brasiliensis или, реже, из каучуконосной лозы Конго Landolphia owariensis.
Значительное количество лесных угодий вокруг тропиков было расчищено, чтобы освободить место для каучуковых плантаций.
Плантации представляют собой монокультуры, которые могут поддерживать лишь очень ограниченное биоразнообразие.
В то же время сырой невулканизированный латекс гораздо более безвреден для окружающей среды, чем его аналоги на нефтяной основе.
Он имеет короткий функциональный срок службы и распадается на безвредные остатки. Его также атакуют различные микроорганизмы.
После вулканизации (сшивки за счет добавления серы и тепла) каучук становится очень экологически устойчивым и представляет собой значительную нагрузку на окружающую среду.
Термопластичная резина против латекса: стоимость
TPR, как правило, очень недорогие материалы, в диапазоне от 1,60 до 2,00 долларов за кг.
Натуральный каучук на основе латекса в предварительно вулканизированном, частично сшитом состоянии можно купить по цене 1,20 доллара за кг. Вулканизированную резину можно купить по цене от 1,48 доллара за кг.
Альтернативные материалы TPR и латексу
Латекс и TPR не являются взаимозаменяемыми, но в их применении есть много общего. TPR, как следует из названия, представляют собой термопласты, поэтому их можно перерабатывать на оборудовании для литья под давлением (а также при трансферном формовании).
Латекс представляет собой термореактивный материал, который обычно формуют методом трансферта или экструдируют в частично полимеризованном состоянии, а затем подвергают термическому отверждению для завершения процесса сшивания. Он не может быть отлит под давлением.
Для использования в литье под давлением доступен широкий спектр термопластичных эластомерных материалов с таким же широким спектром свойств и цен.
Хотя ни одна версия не может служить всем целям, их свойства достаточно совпадают, чтобы создать широкий спектр материалов. Следующие охватывают большинство приложений:
- Фторполимерные эластомеры (FPE)
- Резина, перерабатываемая в расплаве (MPR)
- Амиды термопластичных полиэфирных блоков (TPE-A)
- Термопластичные сополиэфиры (TPE-E, COPE или TEEE)
- Термопластичные вулканизаты (TPE-V или TPV)
- Термопластичные полиолефины (TPE-O или TPO)
- Стироловые блок-сополимеры (TPE-S)
Параллельно с этим термореактивные полимеры , свойства которых в целом ближе к свойствам латекса, предлагают дополнительные варианты материалов:
- Бутадиеновый каучук (BR)
- Нитрил-бутадиеновый каучук (NBR)
- Полиизопрен (ИК)
- Полихлоропрен (CR)
- Вулканизированный натуральный каучук (NR) (также называемый буна-каучуком)
Термореактивные каучуки привносят новые свойства и новые ограничения, но могут достигать замечательных результатов, когда целью является конкретное свойство и когда термореактивная обработка не является препятствием.
В этой статье представлены TPR и латекс, объяснено, что они собой представляют, и обсуждено, когда лучше всего использовать каждый материал.
