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TPE elastómero -Termoplastico
¿Qué es un TPE?
TPE is the general name for Thermoplastic Elastomer, also called thermoplastic rubber.
Los elastómeros termoplásticos (TPE) son una clase de materiales poliméricos que tienen el comportamiento elástico de caucho y la procesabilidad de termoplásticos. Los cauchos han sido de importancia estratégica desde el comienzos de la industria automotriz. Los elastómeros termoplásticos pueden funcionar como un caucho. Los TPE son generalmente materiales flexibles de bajo módulo que pueden estirarse repetidamente hasta al menos el doble de su longitud original a temperatura ambiente, con la capacidad de volver a su longitud original aproximada cuando se libera el estrés. También tienen la capacidad de ser reprocesados cuando se calienta por encima de la temperatura de transición de fusión. El TPE tiene el comportamiento por debajo de la temperatura de fusión de siendo elástico como una goma termoestable.
Ventajas sobre los elastómeros termoestables
Los elastómeros termoplásticos (TPE) tienen dos grandes ventajas sobre los elastómeros termoestables (vulcanizados), a saber, la facilidad y la velocidad de procesamiento. Otras ventajas de los TPE son la capacidad de reciclaje de la chatarra, los menores costos de energía para el procesamiento y la disponibilidad de grados uniformes (no disponibles en general en termosestables). Los TPE se moldean o extruyen en equipos estándar de procesamiento de plásticos en tiempos de ciclo considerablemente más cortos que los requeridos para la compresión o el moldeo por transferencia de cauchos convencionales.
Estructura de termoplástico elastómeros
La doble capacidad de las propiedades elastoméricas y reciclabilidad se logran utilizando uno de varios enfoques para preparar el TPE. Los tres tipos principales de TPE son:
- copolímeros de bloque,
- mezclas de caucho / plástico
- aleaciones de caucho / plástico vulcanizadas dinámicamente llamados vulcanizados termoplásticos
Cada uno de estos logra el rendimiento elástico característico de un caucho en diferentes modas. La naturaleza de doble fase combinado con la química del polímero dictan la capacidades de rendimiento del TPE. Los TPE forman un dominio continuo de cadenas más suaves y elásticas. Estos se mantienen unidos por los dominios cristalinos que tienen las cadenas de copolímero bloqueadas juntas en una estructura cristalina. Cuando estos copolímeros son deformado los bloques duros permanecen cristalinos y hacen no se deforma El dominio del caucho blando se deforma fácilmente y proporciona un comportamiento gomoso. La recuperación de estos los materiales son buenos siempre y cuando los dominios no sean se tensó demasiado y las temperaturas están bien debajo de la temperatura de cristalización. Sobre el temperatura de fusión cristalina el copolímero de bloque cadenas ya no están bloqueadas en su posición y todas las las cadenas son libres de fluir. En el rango de temperatura de fusión un copolímero de bloque se procesará fácilmente en típico equipo de procesamiento termoplástico este comportamiento se exhibe por todos los TPE de copolímero de bloque.
Clasificación de los elastómeros termoplásticos
Los elastómeros termoplásticos se clasifican , de acuerdo con ISO 1043 , con la abreviatura TPE ( elastómeros termoplásticos ) , en el extremo de la sigla TPE , se añade a una carta que determina la naturaleza química :
Copolímeros de bloque
- TPE-A (Co-poliamidas) a menudo abreviado como TPA o COPA o PEBA's
- TPE-E TPEE (Copoliésteres) a menudo abreviado o TPC- ET , COPE's , TEEE, TPEE
- TPE-S a menudo abreviado como TPE's, TPS o SBS , SEBS, Estirénicos (S-TPE)
- TPE-U a menudo abreviado como TPU o TPU's o Poliuretanos
- TPE-Q a menudo abreviado como TPQ
- Elastómeros de silicona TPSiV
- Nuevos participantes en TPE
- Reactor TPO (R-TPO)
- Plastómeros de poliolefina (POP)
- Elastómeros de poliolefina (POE)
- Elastómeros a base de (PBE)
Mezclas de caucho / plástico:
TPE-V (Aleaciones de poliolefina a menudo abreviado a TPV O TPV's
TP-O (Mezclas de poliolefinas)a menudo abreviado como TPO
Nuevos TPE
- Reactor TPO (R-TPO)
- Plastómeros de poliolefina (POP)
- Elastómeros de poliolefina (POE)
Copolímeros de bloques estirénicos (TPE-S)
Copolímeros de bloques estirénicos (TPE-S), styrenic block copolymers, SBS se basa en copolímeros de bloques de dos fases con segmentos duros y blandos. Los bloques terminales de estireno proporcionan las propiedades termoplásticas y los bloques intermedios de butadieno proporcionan las propiedades elastoméricas. SBS es probablemente el material de mayor volumen de TPE-S producido y se usa comúnmente en calzado, adhesivos, modificación de betún y sellos y agarres de especificaciones más bajas, donde la resistencia a los productos químicos y el envejecimiento tienen una prioridad más baja. La SBS cuando se hidrogena se convierte en SEBS, ya que la eliminación de los enlaces C=C en el componente de butadieno genera etileno y butilenos en la mitad del bloque, de ahí el acrónimo de SEBS. SEBS se caracteriza por una resistencia al calor muy mejorada, propiedades mecánicas y resistencia química. Generalmente son compound hecho de polipropileno PP, PE PE, poliestireno PS y elastómeros de estireno (por ejemplo, SBS, SEBS, SEEPS, SIS, etc.) y plastificante (aceite mineral, aceite nafténico) y relleno (carbonato de calcio, talco, etc.).
Compuestos de estireno TPE-S
Los copolímeros de bloques estirénicos, los polímeros base en TPE-S, son polímeros excepcionalmente versátiles y son en sí mismos un material de elastómero termoplástico pero no se consideran productos finales. Los copolímeros de bloques de estireno se basan en estructuras moleculares simples, como un copolímero de bloques SES, donde S es un segmento de poliestireno y E es un segmento de elastómero y se diferencian por el peso molecular, el porcentaje de contenido de estireno (PSC) y el tipo y la longitud del bloque intermedio elastomérico . Los copolímeros de bloques estirénicos más comunes son aquellos para los cuales el segmento de elastómero es olefínico. La morfología de los copolímeros de bloques estirénicos puede describirse mejor mediante la teoría del dominio. Si el elastómero es el constituyente principal, los copolímeros de bloque tendrán una morfología similar , donde los segmentos extremos de poliestireno forman regiones esferoidales separadas, es decir, dominios dispersos en una fase continua. A temperatura ambiente, estos dominios de poliestireno son duros y actúan como reticulaciones físicas, uniendo los segmentos medios elastoméricos en una red 3D. En cierto modo, esto es similar a los dominios de red formados durante la vulcanización de cauchos convencionales utilizando enlaces cruzados de azufre. La diferencia es que estos dominios pierden su fuerza cuando el material se calienta. Esto permite que el polímero fluya. Cuando el material se enfría, los dominios se endurecen y las redes recuperan su integridad original. Los compuestos funcionales de TPE-S se crean combinando copolímeros de bloques estirénicos con una serie de aditivos seleccionados (como PP, PE, aceite mineral, lubricantes o antioxidantes) durante la mezcla de compuestos. Esto generalmente se conoce como un compuesto TPE-S. Las formulaciones específicas combinadas con los aditivos de elección pueden ofrecer una amplia gama de propiedades y es esta versatilidad la que permite que los compuestos de TPE-S se utilicen en numerosos componentes de dispositivos médicos extruidos y moldeados por inyección. Originalmente comercializado como una alternativa rentable al caucho en numerosas aplicaciones, en años más recientes, el desarrollo de la química del copolímero de bloques de estireno, ha llevado a mejoras en compatibilidad y claridad con el polipropileno, y la capacidad de formular compuestos blandos sin el uso de aceites minerales o agentes plastificantes. Esto ha permitido a los compuestos TPE-S dirigirse a aplicaciones de dispositivos médicos donde tradicionalmente los compuestos de PVC han sido el material de elección.
Poliolefinas termoplásticas (TPE-O o TPO)
Estos materiales son mezclas de polipropileno (PP) y caucho EPDM no reticulado; en algunos casos, existe un bajo grado de reticulación para aumentar la resistencia al calor y las propiedades del conjunto de compresión. Se utilizan en aplicaciones en las que se requiere una mayor resistencia sobre los copolímeros de PP convencionales, como en los parachoques y tableros de automóviles. Las propiedades están restringidas al extremo superior de la escala de dureza, típicamente> 80 Shore A y con propiedades elastoméricas limitadas. Históricamente, estos productos eran mezclas mecánicas de los 2 polímeros. Sin embargo, con la nueva tecnología de catalizadores ahora es posible combinar el EPDM y el PP en el reactor, por lo tanto, estos tipos de TPE ahora están disponibles en los principales fabricantes de polímeros. Estos productos son adecuados para aplicaciones de alto volumen y bajo costo, sin embargo, todavía existe un mercado para la mezcla personalizada de TPE-O.
Elastómeros y plastómeros de poliolefinas (POEs y POPs)
POP y POE tienen rendimiento de tipo olefina en el rango de las TPO. Los ejemplos principales son los copolímeros de α-olefina / etileno, llamados plastómeros de poliolefina (POP) cuando tienen alto contenido de etileno. Los plastómeros de bajo contenido de etileno se denominan elastómeros de poliolefina (POE). Ambos pueden considerarse genéricamente compatibles con muchos otros sistemas de polímeros no polares y proporcionarán tenacidad, resistencia, elasticidad, procesabilidad, etc. En esta etapa temprana de POP y POE, los costos son notablemente más altos que los de los materiales de olefina de tecnología convencional, por ejemplo, PP copolímeros, rTPOs y PEs. Los nuevos POE y POP (Olefinic thermoplastic elastomers) son esencialmente polietilenos lineales de baja densidad y peso molecular muy bajo (VLMW-LLDPE). Los resultados de los avances en la tecnología de catalizador de polimerización, estos materiales se desarrollaron originalmente para mejorar las características de la película de embalaje flexible. Recientemente, estos polietilenos más flexibles se han visto como sustitutos de caucho de bajo costo para algunas aplicaciones de productos moldeados no exigentes. Estos incluyen principalmente productos que no estarán expuestos a temperaturas extremas, presiones, cargas o entornos de estrés. Los copolímeros de bajo contenido de etileno con α-olefinas, llamadas elastómeros de poliolefina (POE), son mucho más suaves y son altamente elástico pero termoplástico. Estos nuevas olefinas tienen cierta similitud con las mezclas de olefinas, pero tienen distintas ventajas al tener una sección cristalina y una sección de caucho en un solo copolímero. En productos moldeados, estos nuevos materiales se están utilizando donde se desea un grado más o menos limitado de flexibilidad o sensación táctil, pero no son verdaderos elastómeros.
Vulcanizados termoplásticos (TPE-V o TPV)
Estos materiales son el siguiente paso en el rendimiento de TPE-O. Estos también son compuestos de caucho de PP y EPDM, sin embargo, se han vulcanizado dinámicamente durante la etapa de composición. Han visto un fuerte crecimiento en el reemplazo de EPDM para sellos de automóviles, sellos de tuberías y otras aplicaciones donde se requiere una resistencia al calor de hasta 120°C. Los valores de dureza de la orilla varían típicamente entre 45A y 50D. El TPV HT aumenta el límite de temperatura superior a 140°C con grandes mejoras en la resistencia a la compresión a largo plazo en comparación con el estándar materiales de TPE-V. Los vulcanizados termoplásticos (TPV) de PP/EPDM están reemplazando gradualmente al caucho vulcanizado tradicional, especialmente en la necesidad de entrega oportuna y requisitos de producción de alto volumen, el TPV refleja mejor la facilidad de procesamiento rápido , con TPV en esta área por lo tanto más competitiva. Con el aumento de la protección del medio ambiente se ha convertido cada vez más, los productos elastoméricos, también se sesgará a favor de TPV. En general, para 65 Shore A, por ejemplo, la temperatura no supera los 130°C , la deformación requiere no menos del 35%, la resistencia a la tracción no es superior a 7MPa, los requisitos de aceite y el EPDM vulcanizado, por lo que puede estar seguro de que la elección de TPV.
Se están introduciendo una serie de nuevos TPE-V, denominados "TPVs de 3a generacion", que se basan en plásticos de ingeniería mezclados con elastómeros de alto rendimiento, que pueden ofrecer una resistencia química y al calor mucho mayor.
TPV HT
Hay nuevos desarrollos en TPV basados en vulcanización dinámica de la goma de mayor temperatura y combinación plástica de caucho de etileno-acrilato y poliéster (tereftalato de polietileno (PET) o tereftalato de polibutileno (PBT), llamados TPE 3° generación. Otro nuevo TPV basado en caucho de silicona llamado TPSiV ha sido desarrollado y comercializado. Estos TPV proporcionan temperaturas más altas y / o más altas resistencia a fluidos que los TPV basados en PP . Los productos TPV disponibles también se han ampliado desarrollando nuevas calidades que han mejorado las características. TPV de próxima generación productos que se han desarrollado que tienen muy bajo higroscopicidad y se puede procesar sin secar. Estos TPV de próxima generación también tienen muy alto colorabilidad. Requieren menos colorante y más ligero, colores más brillantes se pueden lograr. Estos TPV son comercializado con grados específicos optimizados para procesamiento por extrusión o por moldeo por inyección. Los productos TPV que tienen un enlace a una variedad de sustratos han sido introducidos.
Poliuretanos termoplásticos (TPE-U o TPU)
Estos materiales pueden basarse en los tipos de poliéster o poliéter uretano y se utilizan en aplicaciones donde un producto requiere una excelente resistencia al desgarro, resistencia a la abrasión y resistencia a la fatiga por flexión. Son un producto de reacción de un diisocianato y de poliéter, poliéster o caprolactona glicoles de cadena larga y corta. Los polioles y los dioles de cadena corta reaccionan con los diisocianatos para formar moléculas de poliuretano lineales. Esta combinación de diisocianato y diol de cadena corta produce el segmento rígido o duro. Los polioles forman el segmento flexible o blando de la molécula final. Las propiedades de la resina dependen de la naturaleza de las materias primas, las condiciones de reacción y la proporción de las materias primas de partida. Los polioles utilizados tienen una influencia significativa en ciertas propiedades del poliuretano termoplástico. Poliéter y poliéster polioles se utilizan para producir muchos productos.
Los elastómeros de poliuretano termoplástico (TPU) a base de poliéster tienen las siguientes características:
- Buena resistencia al aceite / solvente
- Buena resistencia a los rayos UV
- Resistencia a la abrasión
- Buena resistencia al calor
- Propiedades mecánicas
Los TPU a base de poliéter tienen las siguientes características:
Resistencia a los hongos
Flexibilidad a baja temperatura
Excelente estabilidad hidrolítica.
Resistencia acido / base
Copoliésteres termoplásticos (TPE-E o COPE o TEEE o TPEE o TPC-ET)
Se utilizan copoliésteres termoplásticos (TPE-E o COPE o TEEE) donde se necesita una mayor resistencia química y resistencia al calor de hasta 140°C. También exhiben buena resistencia a la fatiga y resistencia al desgarro y, por lo tanto, se utilizan en aplicaciones automotrices tales como botas y fuelles moldeados por soplado, cables y alambres, y aplicaciones de mangueras industriales. Nuevamente, la dureza está restringida al extremo alto y típicamente está entre 85A a 75D.
El caucho procesable en fusión (MPR)
El caucho procesable en fusión (MPR) está diseñado para aplicaciones más exigentes que requieren resistencia química, especialmente resistencia al aceite y la grasa, donde el MPR reemplaza el caucho de nitrilo reticulado. También posee propiedades similares a las del caucho vulcanizado en aplicaciones de amortiguación de ruido y tiene propiedades similares de relajación de la tensión. Las aplicaciones de MPR incluyen componentes automotrices, tales como tiras de clima y empuñaduras, donde se requiere una buena unión al PVC, policarbonato o ABS. Los valores de ajuste de compresión aún son mucho más altos que para los elastómeros termoestables, por lo que la penetración en el mercado de sellado de mayor rendimiento ha sido limitada.
Amidas termoplásticas de bloques de poliéter (TPE-A)
Estos productos ofrecen una buena resistencia al calor, tienen una buena resistencia química y se unen a los plásticos de ingeniería de poliamida. Sus aplicaciones incluyen revestimientos de cables y componentes aeroespaciales.
Similitudes de TPE y TPU
Los compuestos de TPE y TPU ofrecen una excelente colorabilidad, claridad, flexibilidad y elasticidad. Los TPU son un subconjunto de los TPE; ambos son copolímeros de bloque, hechos de diferentes componentes básicos. Estas clases de materiales se pueden utilizar para aplicaciones de extrusión, moldeo por inyección y otros procesos de moldeo de plásticos. Ambas clases de materiales no perderán su integridad estructural cuando se vuelvan a procesar, lo que permite una reutilización económica de los residuos de producción.
Conclusión
En resumen, se debe concluir que hay una gran cantidad de nuevos desarrollos en la industria de TPE. Existen nuevos tipos de TPE con la entrada de los COP y los POE de metaloceno, TPSiV a alta temperatura, AEM TPV a alta temperatura, una nueva serie de SBC con moldeabilidad mejorada, TPV de baja higroscopicidad, grados de unión de TPV, nuevos grados de TPU de moldeado y extrusión y un grado suave de COPE TPV para citar algunos. El número de proveedores en la industria continúa creciendo y algunos están consolidando esfuerzos. Se han desarrollado nuevas aplicaciones, por ejemplo sellos de intemperie de TPV. Los nuevos desarrollos de procesos para TPE son parte del crecimiento de la industria también. El moldeado de dos tomas se ha convertido en un estándar para muchos agarres, electrodomésticos, componentes automotrices y más. Los TPV espumados por espuma de agua y enfoques similares están ofreciendo nuevas opciones de tecnología de sellado de clima basadas en TPE. La extrusión robótica de TPE sobre sustratos se ha desarrollado para sellos de borde. Hay una serie de tendencias direccionales en curso en los TPE. Se están desarrollando nuevos productos de aleación TPE y el ritmo de introducción de nuevos productos se está acelerando. La tendencia es hacer los TPE cada vez más suaves.
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