Зачем использовать термоэластопласты и почему это выгодно?

Сравниваем с традиционными материалами — ПВХ и резиной

С чего начинается выбор материала

Технолог, которому поручили освоить новое изделие, должен учесть всё, что важно для этого изделия и конкретного производства. Цена сырья. Удобство переработки. Свойства готовой детали. Требования по безопасности. Стабильность поставок. Возможность вернуть отходы обратно в производство. Потом он смотрит, какой материал закрывает этот список с наименьшими затратами.

Долгое время ответом чаще всего оказывался пластикат ПВХ. Он дешёвый, технология отработана десятилетиями, оборудование понятно и известно. Если изделию нужна гибкость, ПВХ её даёт. Если нужна прозрачность, ПВХ её даёт. Если нужна стойкость к воде и бытовым загрязнениям, ПВХ и здесь справляется.

Поэтому вопрос «зачем что-то менять» звучит совершенно закономерно. Ответ на него зависит от конкретного применения.

ТЭП и ПВХ

Низкие температуры

У ПВХ есть ограничение по морозостойкости, связанное с его структурой. Исследования композитов на основе суспензионного ПВХ показывают, что при температурах ниже −20 °C материал становится хрупким. Для изделий, которые работают или хранятся в России зимой на улице — уплотнители окон и дверей, шланги, наружные детали автомобиля, элементы оборудования детских и спортивных площадок, элементы мебели — этот порог превращается в принципиальное ограничение.

Термоэластопласты на основе СЭБС сохраняют эластичность до −50 °C. Для российского климата это означает, что уплотнитель не дубеет, шланг не ломается при намотке на морозе, деталь не трескается при похолодании и циклических переходах через 0.

В чем тут выгода для производителя? Меньше рекламаций и возвратов из-за зимних поломок, ниже затраты на гарантийное обслуживание и прочнее репутация у клиентов, работающих в холодных регионах.

Плотность и цена за объём

Это фактор, который чаще всего упускают из виду, хотя он лежит на поверхности.

Плотность пластиката ПВХ обычно составляет 1,25–1,35 г/см³. Плотность низконаполненных или ненаполненных ТЭП — около 0,9–1,0 г/см³. Простой расчёт: из одного килограмма ПВХ с плотностью 1,25 покупатель получает 0,8 литра изделий, из одного килограмма ТЭП с плотностью 0,9 — 1,1 литра. Разница составляет 25–35%.

Производитель покупает сырьё на вес, а продаёт изделия поштучно, по метражу или по объёму. Если считать цену за литр готовой продукции, ТЭП часто выходит дешевле, даже когда цена за килограмм выше.

• При цене ПВХ 120 рублей за килограмм цена за литр составляет 150 рублей, при цене ТЭП 160 рублей за килограмм цена за литр составляет 144 рубля. Для каждого значения цены ПВХ существует безубыточная цена ТЭП, которая зависит от соотношения плотностей.

К примеру, распределительная коробка из MASFLEX 70112GRY9000 оказалась на 22% легче, чем из ПВХ. Итоговая себестоимость одного изделия снизилась на 16,3%.

Токсичность

Пластикат ПВХ содержит пластификаторы, и чаще всего фталаты. Они не связаны с полимером химически и со временем мигрируют в контактирующие среды. Для медицинских изделий, детских товаров, упаковки для пищевых продуктов — это сомнительное решение.

Термоэластопласты, в отличие от ПВХ, не содержат фталатов и пластификаторов. Их эластичность обеспечивается самой структурой блок-сополимера.

Никаких опасных добавок, способных мигрировать в окружающую среду, в рецептуре нет.

В правильно составленном ТЭП-компаунде масло удерживается внутри эластомерной фазы за счёт совместимости с каучуком, и при соблюдении рецептурных ограничений не мигрирует.

Белое масло и фталаты, к тому же, относятся к разным классам опасности: для белого масла LD50 при пероральном введении превышает 5000 мг/кг, оно отнесено к 4 классу опасности (малоопасные вещества) и не проявляет генотоксичности или канцерогенности в стандартных тестах, тогда как фталаты (DEHP, DBP, BBP, DIBP) классифицированы в ЕС как токсичные для репродукции категории 1B и включены в список веществ, вызывающих очень высокую обеспокоенность, из-за доказанного влияния на эндокринную систему и репродуктивную функцию.

Для производителя это означает более простой путь к медицинской регистрации, сертификации детских товаров и пищевого контакта.

Сохранность оборудования

В процессе переработки термоэластопласты также ведут себя предсказуемо. Литьё под давлением и экструзия проходят в широком диапазоне температур, а сам материал не выделяет агрессивных веществ, которые могли бы повредить оборудование.

При переработке ПВХ при отклонениях от технологического режима возможно выделение хлороводорода, который корродирует шнек и цилиндр. ТЭП такой проблемы не создают, поэтому их можно перерабатывать на стандартном оборудовании без специального коррозионностойкого исполнения.

Практический результат — более длительный срок службы шнеков и цилиндров, меньше внеплановых остановок на ремонт и запуск ТЭП на уже имеющемся оборудовании.

Переработка отходов

И ПВХ, и ТЭП можно перерабатывать повторно, но разница все-таки есть.

В ПВХ деградация идёт по цепному механизму: отрыв атома хлора запускает реакцию, которая распространяется вдоль цепи, выделяется хлороводород, образуются двойные связи, материал желтеет и теряет свойства. Этот процесс автокаталитический: чем дальше, тем быстрее.

Особенно критично это именно для гибкого ПВХ, аналогом которого и является ТЭП.

На примере кабельного гибкого ПВХ:

• После первого цикла: прочность при растяжении снижается на 5–10%
• После третьего цикла: снижение на 20–25%
• После пятого цикла: снижение на 35–40%
• Удлинение при разрыве падает быстрее: после пяти циклов — на 50–60%

Причина: потеря пластификатора и накопление деградационных изменений в матрице .

В ТЭП механизм другой. Жёсткие полистирольные узлы каучука физически защищают структуру. Даже если часть эластомерных цепей рвётся, домены продолжают работать как узлы сетки. Разрыв цепей в мягкой фазе не приводит к немедленному разрушению всей структуры.

В исследованиях для термоэластопласта (олефиновый ТЭП) прочность при растяжении, предел текучести и модуль Юнга не зависели от числа циклов переработки. ТЭП состоит из жёсткой и мягкой фаз, и разрыв цепей в мягкой фазе не приводит к критическому падению механических свойств, потому что жёсткие узлы продолжают выполнять свою армирующую функцию.

Это не означает, что ТЭП вечны. Другое исследование на стирольных ТЭП (СБС/СЭБС) показало более сложную картину.

После первой и второй переработки прочность даже немного растёт — что, кстати, похоже на аналогичное свойство жесткого, непластифицированного ПВХ.

При нагреве молекулярные цепи ТЭП перераспределяются, домены полистирола перестраиваются, структура становится более однородной. Но после третьего цикла все же начинается окислительная деградация, и прочность падает. Однако, снижение прочности после трёх циклов не превышает 10%.

Для производителя это оборачивается конкретной выгодой. В ПВХ долю вторичного сырья приходится сильно ограничивать из-за падения свойств, а излишки отходов — продавать или утилизировать. ТЭП выдерживают несколько циклов с потерями в пределах 10%, поэтому в производство можно вовлекать больше отходов, сокращать закупку первичного сырья и снижать себестоимость изделия без риска для качества.

ТЭП и резина

Когда речь идёт о замене традиционной резины, преимущества ТЭП проявляются ещё заметнее.

Резина требует вулканизации. Это отдельная стадия, которая занимает время, требует энергии и делает отходы непригодными для возврата в процесс. Термоэластопласты перерабатываются методами, типичными для пластмасс: литьё под давлением, экструзия, вакуум-формование. Цикл измеряется секундами. Отходы можно измельчить и вернуть в производство.

Преимущества ТЭП — более простая технология производства с меньшим количеством этапов, сокращение сроков изготовления, отсутствие или минимум рецептуры, возможность повторного использования, более низкое энергопотребление, более высокий уровень качества и более строгие допуски, более низкие затраты на контроль качества, сниженная себестоимость изделия из-за меньшей плотности.

По морозостойкости ТЭП достигают минус 60 °C. По теплостойкости полиэфирные ТЭП выдерживают до плюс 150 °C. Термопластичные эластомеры уступают резинам EPDM и NBR по температурной стойкости, но превосходят по перерабатываемости и окрашиваемости.

Для производителя отказ от вулканизации — это сокращение целого передела: исчезает отдельная стадия со своим оборудованием, энергозатратами и временем цикла, а брак и обрезки возвращаются в процесс вместо того, чтобы списываться в потери. В результате сокращается производственный цикл, снижается расход энергии на единицу продукции и появляется возможность рециклинга.

ТЭП — отличный вариант, если традиционные материалы упираются в ограничения

ПВХ охрупчивается при −20 °C, содержит мигрирующие фталаты и теряет до 40% прочности к пятому циклу переработки; резина требует вулканизации и не возвращает отходы в производство.

ТЭП сохраняют эластичность до −50 °C, не содержат пластификаторов, перерабатываются литьём и экструзией с возвратом отходов, а меньшая плотность делает их выгоднее в пересчёте на готовое изделие.

Экономически и технологически ТЭП давно выигрывают во многих применениях, где раньше безраздельно правили ПВХ и резина.

Эксперты компании Руспласт всегда готовы ответить на ваши вопросы и подобрать материал, подходящий именно для вашего производства.

Подобрать материал