1.3 Смесевые наполненные термоэластопласты

Термоэластопласты, получаемые смешением эластомера и жесткоцепного термопласта, являются наиболее перспективными материалами для практического использования. Правильно подбирая состав полимерных смесей, можно получать материалы с необходимыми комплексами свойств, отличных от свойств исходных полимеров [2].

При температуре эксплуатации термоэластопласты содержат жесткую фазу, выполняющую функции физических узлов пространственной сетки, и эластичную фазу, которая связывает эти узлы. При более высокой температуре физические узлы обратимо разрушаются, и свойства материала приближаются к свойствам расплава термопласта. Это позволяет проводить его переработку способами, известными для термопластов. После охлаждения до температуры эксплуатации, разрушенные физические узлы сетки восстанавливаются, и материал в изделии вновь приобретает свойства, характерные для резины. Влияние пластификаторов на свойства термоэластопластов обусловлено их селективным растворением жесткой или эластичной фазы. Наряду с экономическими и экологическими аспектами при определении комбинаций каучук-пластик для получения смесевых термоэластопластов необходимо учитывать технологические характеристики и термостабильность полимеров, от которых зависят способность к переработке, морфология и эксплуатационные свойства смесевых термоэластопластов. Относительные количества каучука и пластика в основном определяют свойства, связанные с жесткостью (твердость, модуль Юнга, напряжение при 100 % удлинения), и оказывают влияние на конечные механические и эластические свойства смесевых термоэластопластов.

При выборе пары каучук - пластик и их определенного соотношения предельные значения упруго-прочностных характеристик ТЭП определяются свойствами исходных компонентов степенью кристалличности термопласта, критическим межфазным натяжением для смачивания и молекулярной массой отрезка цепи между узлами, образованными перепутыванием цепей.

Совмещение полярных эластомеров с термопластами, обладающими высокой маслобензостойкостью, является одним из эффективных способов уменьшения набухания резин в агрессивных средах. При создании резин на основе этих композиций по традиционной технологии их маслобензостойкость возрастает на 20-30 %.

Новые олефиновые термоэластопласты представляют собой предельные сополимеры этилена и пропилена с блоками различной структуры.

Полиолефиновые термоэластопласты могут быть несшитыми и частично сшитыми. Небольшая степень сшивания обеспечивается введением небольшого количества пероксида. Олефиновые ТЭП отличаются от каучуков и пластмасс низкой плотностью (0,87·10³ - 0,09·10³ кг/м³), их твердостью по Шору А составляет 65-95 единиц. ТЭП с промежуточными значениями твердости могут быть получены механическим смешиванием гранул различных типов ТЭП перед их введением в разгрузочную воронку. Физико-механические свойства ТЭП зависят от их твердости.

Фирмой «Юниройял» разработаны ТЭП на основе олефинов под названием ТПР. К ним относятся ТЭП, содержащие жесткие блоки изотактического пропилена и эластичные блоки этилен-пропиленового сополимера (ТПР 016, ТПР 010, ТПР 023, ТПР 020, ТПР 019) и ТЭП, частично сшитые в процессе их получения (ТПР 1600, ТПР 1900, ТПР 2300). Они выпускаются в виде небольших гранул, готовых к применению.

По физико-механическим свойствам олефиновые ТЭП близки к обычным резинам и характеризуются хорошим сопротивлением изгибу и истиранию.

Олефиновые термоэластопласты ТПР выдерживают нагревание при 150 °С в воздушном термостате до появления первых трещин в течение 200-300 ч (испытания ASTM D-573). Некоторые экспериментальные образцы этих эластомеров, разработанные в США, выдерживают такую температуру в течение более 100 ч. После старения при 150 °С твердость составляет 80 % от первоначальной, в то время как сопротивление разрыву и напряжение при удлинении 100 % равны половине их первоначального значения. Остаточное удлинение при разрыве составляет 10-20 % от его первоначальной величины даже при температурах около 200 °С, остаточное сжатие (деформация 25 % в течение 22 ч) – около 30 % при комнатной температуре и почти не изменяется при температурах до 90 –100 °С, но, начиная со 110 °С, возрастает до 90 %. ТПР сохраняют гибкость при температурах до минус 50 °С и становится хрупким лишь при минус 70 °С [2].

К более поздним разработкам этой фирмы относятся две новых марки ТПР-078 и ТПР-079 с низким накоплением остаточной деформации при сжатии. При испытаниях по методу ASTM D-395 в течение 22 ч при 70 °С образцы ТПР-078 показали остаточную деформацию при сжатии не более 25 %. Эти ТЭП сохраняют работоспособность при температурах от минус 51 до 121 °С, мало горючи, обладают низкой вязкостью и поэтому легко формуются, отличаются высокими диэлектрическими показателями и хорошей стойкостью к изгибу.

Таким образом, возможность применения этих ТЭП в широком интервале рабочих температур (от минус 70 до 150 °С) позволяет их использовать во многих отраслях промышленности.

Эластомеры ТПР стойки к действию щелочей, минеральных кислот и воды, а также к действию низкомолекулярных полярных органических соединений, таких как кетоны, спирты, альдегиды. Они стойки также к действию низкомолекулярных аминов, но обычно набухают в неполярных органических растворителях. Так, для ТПР-1700 степень набухания в масле ASTM №2 через 24 ч при 65 °С составляет 72 % при стандартной комнатной температуре. Степень набухания ТЭП с низкой твердостью всегда больше. ТЭП стойки к УФ-свету, обусловливает их применение в автомобильной промышленности. Олефиновые ТЭП благодаря хорошим диэлектрическим и электроизоляционным свойствам могут найти применение в кабельной промышленности. Диэлектрическая прочность этих ТЭП на 50 % выше, чем у ПВХ, что позволяет уменьшить толщину первоначальных изоляционных покрытий и обкладки кабеля или электропроводов. Плотность олефиновых ТЭП, равная (0,9-1,0) ·10³ кг/м³, дает возможность получать более гибкие конструкции проводов облегченной массы по сравнению с аналогичными конструкциями из ПВХ или резины.

ТПР характеризуются хорошими технологическими свойствами. Влияние температуры и скорости сдвига на вязкость ТПР проявляется меньше, чем в случае других полимеров, например, полиалкилонитрил-бутадиен-стирола и ПВХ. Кроме того, скорость сдвига оказывает больше влияния, чем температура. При переработке олефиновых ТЭП хорошие физико-механические свойства конечного продукта достигаются только в том случае, если процесс протекает при высокой скорости сдвига. Поэтому прессование и каландрование для их переработки не используются. Эти полимеры можно перерабатывать литьем под давлением, причем литьевые машины шнекового типа благодаря более высоким скоростям сдвига более эффективны, чем установки плунжерного типа. Литье под давлением должно осуществляется в форме, температура которой 60-70 °С, а температура массы 180-220 °С. На литье под давлением олефиновых ТЭП затрачивается в 3 раза меньше времени, чем на литье смесей из каучука, а изделия из форм извлекаются без деформации. Экструзия ТЭП протекает более эффективно при использовании шнеков смесительной конструкции. Отходы ТПР гранулируются, и вновь используется в смеси в соотношении 50:50 к начальному продукту, при этом физико-механические свойства ТЭП сохраняются. Лабораторные исследования показали, что все отходы можно использовать в течение нескольких циклов переработки без изменения свойств ТЭП. Эти термоэластопласты предварительно не подсушивают вследствии их негигроскопичности. При переработке к ним добавляют минимальное количество ингредиентов резиновых смесей, в основном замедлители воспламенения, светостабилизаторы и некоторые антиоксиданты (дополнительно к тем, которые были введены при получении).