Материалы для производства уплотнителей. Что лучше: ПВХ, ТЭП или резина?
Чтобы ответить на этот вопрос рассмотрим и сравним свойства термоэластопластов и резин, а так же выясним, для каких целей надёжнее и экономически выгоднее использовать резину, а для каких целей Термоэластопласт (ТЭП).
Важно понимать, что термоэластопласты (ТЭП) и резины - это не какие-то конкретные вещества, это классы полимерных соединений.
На сегодняшний день для изготовления оконных, дверных и прочих уплотнителей для пластиковых и алюминиевых конструкций используют полимерные компаунды двух типов:
- резины, т.е. вулканизованные каучуки с различными добавками;
- термопластичные эластомеры, они же термоэластопласты, сокращённо ТЭП (англ. ТРЕ).
Из резин в производстве уплотнителей наиболее широко распространены два вида:
1. Резины на основе вулканизованного этилен-пропиленового тройного каучука СКЭПТ (англ. EPDM)
Чтобы упростить технологический процесс вулканизации EPDM в молекулярную цепь вводится третий мономер этилиденнорборнен (ЭНБ), рисунок 1. Вулканизовать EPDM каучук можно с применением серных или смоляных вулканизующих составов. Процесс химической вулканизации создаёт поперечную сшивку (связку) макромолекул каучука и образуется трехмерная непрерывная молекулярная сетка, как показано на рис. 2. В результате этой сшивки резины приобретают способность восстанавливаться после механической деформации (ударов, растяжения...).
Качественный EPDM каучук для производства уплотнителей привозят в Россию из стран Западной Европы (Германия, Италия) и Азии (Южная Корея, Тайвань, Япония). В итоге стоимость резины для серийого производства уплотнителей на основе чистого EPDM получается высокая и неконкурентоспособная. Резина из импортного EPDM каучука, используемая в России, содержит не более 30 % массы каучука, остальные 70 % – это дешёвые наполнители (сажа/ технический углерод) и мягчители (масла).
Как определить EPDM резину?
В бытовых условиях - она оставляет на листке белой бумаги черную черту техуглерода. Качественный состав EPDM резины можно определить только в лабораторных условиях.
Производство резины – энергозатратный процесс, требующий также больших капиталовложений. Помимо изготовления профиля в специальном экструдере, требуется непрерывная вулканизация получаемого уплотнителя. Все это приводит к тому, что цена EPDM уплотнителей высока. Дешевые EPDM уплотнители содержат крайне мало каучука, и имеют низкие деформационно-прочностные характеристики и показатели долговечности. А используемые для вулканизации EPDM химикаты не допускают ее использования в контакте с пищевыми продуктами.
2. Резины на основе силиконовых каучуков
Этот вид резины получают из органических веществ, содержащих кремний (Si). Сырьевой силиконовый каучук значительно дороже EPDM каучука. Благодаря строению каучука, (рис. 3), резины на его основе имеют еще более высокие показатели по устойчивости к старению, гибкости при отрицательных температурах и пр.
Для получения резины эти каучуки вулканизуют пероксидными системами, что значительно затратнее вулканизация серными и смоляными системами, как для EPDM каучука. Силиконовые каучуки применяютя в узкоспециализированных областях техники в условиях экстремально низких или экстремально высоких температур. Применение силиконовых уплотнителей для пластиковых окон и деревянных окон и дверей, алюминиевых систем экономически неоправданно.
Делая вывод о резиновых уплотнителях на основе EPDM, к их достоинствам можно отнести следующие:
1. отличные эластические свойства; 2. высокая стойкость к озонному и УФ-старени; 3. высокие деформационно-прочностные показатели; 4. широкий диапазон эксплуатации; 5.сохраняют эластичность при температурах ниже -40°С;
Недостатки EPDM резины: 1.высокая цена; 2. низкая технологичность изготовления; 3. производство цветных уплотнителей дороже, поскольку приходится исключать из состава резины дешевую сажу; 4. уплотнители из EPDM резины не свариваются при нагревании; 5. не допускаются к контакту с пищевыми продуктами.
Отрасль переработки полимеров динамично развивается, и на смену низкотехнологичным резинам приходят термоэластопласты. Эта тенденция хорошо заметна на развитых Европейском и Азиатском рынках.
К типу термопластичных эластомеров относится:
1. Пластифицированный поливинилхлорид (ПВХ)
Изобретённый почти 200 лет назад ПВХ (рис. 4.) долго не мог применяться для производства каких-либо изделий, поскольку очень быстро распадался при переработке. Дело в том, что под действием температуры, ПВХ распадается и выделяет хлороводород. Для ПВХ также характерна УФ-деструкция под действием солнца.
Традиционный ПВХ в чистом виде представляет из себя жесткую смолу, например, для изготовления пластиковых окон. Эластичные свойства ПВХ придают добавки 40 - 60 % массы пластификаторов. При эксплуатации изделия пластификаторы выходят из полимера наружу, в результате наблюдается усадка изделия и размеры уплотнителя существенно уменьшаются, уплотнитель перестаёт выполнять свои функции. В стандартной рецептуре мягкого ПВХ содержаться до 10 % массы стабилизаторов - солей свинца, таким образом, применение мягкого ПВХ не только не экологично, но и недолговечно.
И последнее что стоит отметить – ПВХ пластикаты при низких температурах «дубеют», что затрудняет монтаж уплотнителя и приводит к растрескиванию уплотнителя при его деформации на морозе. Но это самый дешевый термоэластопласт, и покупая самые дешевые уплотнители, вы должны знать, что покупаете ПВХ пластикаты, со всем их комплексом недостатков.
Более современными термоэластопластами являются смесевые ТЭП. Небольшое количество пластика придает ТЭП перерабатываемость при высоких температурах, а каучук делает материал эластичным как резина. В частности для изготовления уплотнителей используются два вида ТЭП:
2. Динамически вулканизованный термоэластопласт TPE-V
В его состав входит EPDM, в количестве не меньшем чем в резине, пластик, наполнители и мягчители. Фактически TPE-V это та же вулканизованная EPDM резина, но обладающая свойствами термопластичности (текучести при температурах переработки) благодаря наличию в составе пластика. Вулканизация каучука проходит в динамических условиях – при смешении композиции в двухшнековом смесителе. Таким образом, динамически вулканизованные термоэластопласты на основе EPDM обладают теми же свойствами что и EPDM резины, но незначительно уступают им по эластическим характеристикам, так как имеют в своем составе пластик.
3. Термоэластопласт TPE-S (ТЭП на основе СЕБС)
Одной из последних мировых разработок в области термоэластопластов является TPE-S, где в качестве каучука использован стирол-этилен-бутилен-стирольный блок-сополимер (СЕБС, англ. SEBS), рисунок 5.
Как видно из рисунка 5, SEBS похож строением на EPDM, но EPDM нуждается в химической вулканизации, в SEBS имеет место «физическая вулканизация». Столь уникальный и необычный процесс «физической вулканизации» демонстрирует (рис. 6).
И действительно, рис. 6 очень похож на рис. 2, разница только в виде поперечной связи макромолекул. Если у резин она «навсегда» и резина не перерабатываемый после вулканизации материал, то у SEBS результат «физической вулканизации» пропадает при температурах выше температуры переработки компаунда.
Tермоэластопласт TPE-S (ТЭП на основе SEBS) легко перерабатывается методом экструзии, в том числе и вторично. SEBS является не менее стойким материалом к озонной и УФ-деструкции. При этом SEBS выгодно отличается от EPDM тем, что вообще не требует химических добавок для вулканизации. Поэтому материал получается более экологичный и даже допускается в контакт с пищевыми продуктами, а так же для изготовления медицинских изделий.
Делая вывод к вышесказанному, стоит выделить следующие достоинства уплотнителя из TPE-S (ТЭП на основе SEBS):
1. низкая цена;
2. хорошие эластические свойства;
3. высокая стойкость к озонной - и УФ - деструкции;
4. высокие деформационно-прочностные показатели, не уступающие резинам;
5. широкий диапазон эксплуатации (почти любые виды уплотнителей, пищевая тара, медицинские изделия...);
6. сохраняют эластичность даже при температурах ниже -40°С;
7. легко свариваются;
8. высокая технологичность производства, отсутствие отходов;
9. цена цветных уплотнителей практически не отличается от черных;
Единственный недостаток TRE-S - несколько уступают резинам по эластическим свойствам.
Итак, как Вы понимаете, на рынке присутствуют разные материалы для производства уплотнителей. Все описанные выше материалы могут удовлетворить требованиям ГОСТ 30778-2001: Прокладки уплотняющие из эластомерных материалов для оконных и дверных блоков. Технические условия.
Каждый из этих материалов имеет свой ценовой сегмент, однако по совокупности характеристик и цены, в последнее время на первое место в данной области техники выходят уплотнители ТЭП на основе СЕБС (SEBS).
