Материалы для проводов и кабелей на основе ТПЭ и ТПУ Сравнение характеристик и применение

Низкое дымление | Без галогенов | Огнестойкий

Термопластичные эластомеры в настоящее время пользуются популярностью у многих производителей проводов и кабелей благодаря их высокой эластичности, гибкости и гладкости. Поскольку применение ПВХ-материалов во многих случаях ограничено, активно продвигается термопластичная эластичность.

За последние 15 лет в Китае ведётся всё больше разработок в области огнестойких термопластичных эластомеров. Огнестойкие термопластичные эластомеры, особенно ТПЭ и ТПУ, широко используются в линиях передачи данных потребительских товаров, в оболочке и изолированных линиях для зарядки новых источников энергии, а также в высоковольтных линиях электропередач.

Однако в исследованиях огнестойкости термопластичных эластомеров по-прежнему существует множество объективных проблем. Например, часто спрашивают, в чём разница между ТПЭ и ТПУ. В данной статье кратко рассматриваются характеристики, сравнение эксплуатационных характеристик и применение термопластичных эластомеров ТПЭ и ТПУ в качестве материалов для проводов и кабелей.

01 Применение ТПЭ в области проводов и кабелей

ТПЭ — термопластичный эластомер с матричной смолой СЭБС. СЭБС — это блок-сополимер, состоящий из стирола (S)-этилена (E)/бутена (B)-стирола (S).

Двойные связи в СЭБС, то есть СБС, насыщаются путем гидрирования, поэтому СЭБС обладает хорошей атмосферостойкостью, термостойкостью, сопротивлением деформации сжатия и превосходными механическими свойствами.

(1) Изделия из СЭБС обладают превосходными электроизоляционными характеристиками, нетоксичны, устойчивы к атмосферным воздействиям и старению, обладают хорошей гибкостью и высокой прочностью, а также работают в широком диапазоне температур. Они отлично подходят для изготовления внешних оболочек и изоляционных лент для проводов и кабелей. Они в основном используются в мобильных смарт-терминалах, бытовой технике и других областях.

В настоящее время всеобщей тенденцией стала замена ПВХ в области низковольтных проводов (таких как кабели для наушников, кабели для зарядных устройств, USB-кабели, аудио/видеокабели, компьютерные кабели и т. д.).

(2) Поскольку потребительские электронные продукты характеризуются быстрым обновлением и коротким сроком службы, с наступлением эры модернизации потребления, продукты, связанные с SEBS, имеют огромные возможности для развития в этой отрасли.

В связи с растущими требованиями к огнестойкости кабелей и их экологичности как в стране, так и за рубежом, уровень потребления продолжает расти. Тенденция к замене кабельных субстратов из ПВХ и ХПЭ на высокоэффективные огнестойкие материалы на основе СЭБС становится всё более очевидной в будущем, а перспективы их применения весьма обширны. В настоящее время на рынке наблюдается высокий спрос на модификацию и разработку высокоэффективных огнестойких материалов на основе СЭБС.

·Материал TPE со специальными функциями: Благодаря применению и разработке новых технологий материалов TPE, в настоящее время материалы TPE со специальными функциями в основном включают проводящий TPE, антистатический TPE, изоляционный материал TPE, облученный сшитый XLTPO, высокоэластичный TPE, высокоогнестойкий TPE и т. д.

02 Применение ТПУ в области проводов и кабелей

ТПУ (термопластичный полиуретановый эластомер) – линейный блок-сополимер, получаемый реакцией диизоцианата с макромолекулярным полиолом, удлинителем цепи/сшивателем и небольшим количеством добавок. Один из них преимущественно полиуретановый, а другой – преимущественно полиэфирный.

Обычно это блочный полимер, причем ПУ, полученный путем реакции длинноцепочечного полиола с изоцианатом, используется в качестве мягкого сегмента, а ПУ, полученный путем реакции короткоцепочечного диола с изоцианатом, используется в качестве жесткого сегмента.

Применение эластомеров ТПУ в проводах и кабелях в основном осуществляется в следующих областях:

·Автомобильная проводка: проводка антиблокировочной системы (ABS), кабель одометра, автомобильный коммуникационный кабель, кабель зарядного устройства в огнестойкой оболочке и т. д.;

·Географические разведочные кабели: разведочные кабели для месторождений нефти, океана и суши, кабели обнаружения сейсмических волн и т. д.;

·Провода для бытовой электроники: кабель для наушников, кабель передачи данных (огнестойкий) для зарядки мобильных телефонов, аудиокабель, USB-кабель, кабель для компьютерных аксессуаров и т. д.;

·Энергетические и промышленные кабели: компьютерные кабели с ЧПУ, кабели для ветроэнергетики, горнодобывающие кабели, силовые кабели;

·Кабель связи: оптоволоконный кабель в оболочке, требуемый огнезащитный;

·Кабели для медицинского оборудования: кабель электрокардиограммы, кабель для определения уровня кислорода в крови, кабель отведения электрода, кабель массажера.

03 Сравнение характеристик материалов для проводов и кабелей TPE и TPU

1.TPU обладает лучшей прочностью, чем TPE, прочностью на разрыв и коэффициентом удлинения: прочность на разрыв TPU в 2–3 раза выше, чем у натурального и синтетического каучука, и TPU обладает хорошей устойчивостью к изгибу; хорошей износостойкостью, показатель износа по Таберу составляет 0,35–0,5 мг, что является самым низким показателем среди пластиков, поэтому он обладает хорошей устойчивостью к разрыву оболочки.

2.Ощущение и мягкость TPE и TPU: TPE может регулировать твердость и гибкость в широком диапазоне от 0 градусов до 99 А, в то время как диапазон твердости TPU составляет 60–95 А, и он сохраняет эластичность при твердости выше 85 А. Это свойство, которого нет у других эластомеров, поэтому TPU обладает высокой способностью выдерживать нагрузки и хорошим всасывающим и нагнетательным эффектом; тактильные ощущения от этих двух материалов существенно различаются в разных диапазонах твердости, и они адаптируются к различным ситуациям в соответствии с требованиями; TPE имеет большую потерю упругости в случаях высокой твердости.

3. Полиэфирный ТПУ и ТПЭ обладают хорошей водостойкостью, но полиэфирный ТПУ имеет плохую водостойкость; ТПУ обладает лучшей маслостойкостью, чем ТПЭ.

4. Стойкость полиэфирного ТПУ к УФ-излучению относительно низкая, и он склонен к пожелтению. Поскольку бензольное кольцо жёсткого сегмента полиуретана и ароматический отвердитель сопряжены с эфиром карбоновой кислоты, происходит окисление и перегруппировка с образованием хинонной структуры с хромогенными группами, что приводит к образованию ненасыщенной связи в полимерном сегменте. Под действием ультрафиолетовых лучей выделяются свободные радикалы, необходимые для реакции изменения цвета, что обеспечивает достаточно энергии для разрушения химических связей большинства полимеров, запуска автоматической реакции окисления и, как следствие, старения и деградации.

Стойкость к пожелтению полиэфирного ТПУ лучше, чем у полиэфирного. Это позволяет улучшить устойчивость к УФ-излучению после модификации, гарантируя, что материал не пожелтеет в течение 1–2 лет. Стойкость ТПЭ к УФ-излучению, как правило, выше, чем у ТПУ, поэтому цветостойкость ТПЭ значительно выше, чем у ТПУ.

Подводя итог, можно сказать, что полиэфирный ТПУ обладает такими преимуществами, как стойкость к гидролизу, плесени, высокая эластичность и устойчивость к низким температурам. Полиэфирный ТПУ обладает такими преимуществами, как высокая прочность на разрыв, гибкость, износостойкость, стойкость к растворителям, стойкость к окислению и стойкость к высоким температурам.

04 Обработка и формование материалов для проводов и кабелей TPE и TPU и сравнение их стоимости

Сравнение обработки и формовки материалов для проводов и кабелей TPE и TPU:

(1) ТПУ очень легко впитывает воду. Перед обработкой его необходимо сушить при температуре 100°C в течение 3–4 часов, в то время как ТПЭ сушится при температуре 70–80°C в течение 2 часов;

(2) Требования к экструдерам для ТПУ. Для переработки ТПУ подходят одношнековые трёхступенчатые экструдеры с соотношением длины к диаметру (L/D) 20–30 и степенью сжатия 2–4; зазор между шнеками и трубками для материала составляет около 0,1–0,2 мм. Оптимальная конструкция шнека должна исключать интенсивное трение и перегрев, приводящие к разложению и растрескиванию материала, что снижает механические свойства продукта.

Скорость вращения шнека зависит от его диаметра. Поскольку термопластичный полиуретан (ТПУ) чувствителен к жарке и резке, слишком высокая скорость может легко привести к растрескиванию ТПУ. Слишком низкая скорость также может привести к растрескиванию из-за длительного времени пребывания материала в экструдере. Обычно скорость вращения шнека устанавливается в диапазоне 25–60 об/мин, в то время как для ТПЭ требуется относительно свободный экструдер.

(3) Перед запуском термопластавтомата (TPU) убедитесь, что шнек, головка машины и цилиндр шнека очищены и не имеют мертвых зон. Все подготовительные работы, такие как подготовка полуфабриката, печать, отладка и т.д., завершены. Заключительный этап — это полное открытие готового продукта перед тем, как открыть загрузочную воронку для подачи материала в шнек. На начальном этапе запуска машины постарайтесь минимизировать время пребывания резины на шнеке. После выгрузки материала машина быстро запустится в течение 5 минут. Этот критический период необходимо тщательно контролировать с самого начала. Обратите внимание на порядок, и вы получите вдвое лучший результат при вдвое меньших усилиях.

(4) ТПЭ нечувствителен к сдвигу и не разлагается при длительном хранении. Он относительно более удобен в обработке.

Сравнение затрат на обработку материалов для проводов и кабелей из ТПЭ и ТПУ:

(1) Стоимость материалов TPE и полиэфирного TPU не сильно отличается. Полиэфирный TPU немного дороже, но стоимость полиэфирного TPU относительно высока.

(2) У этих трех материалов самая низкая плотность ТПЭ, за ними следует плотность полиэфирного ТПУ и самая высокая плотность полиэфирного ТПУ, а также самая низкая стоимость использования ТПЭ.

Сравнивая основные свойства материалов TPE и TPU, а также технологии их переработки, можно выделить как преимущества, так и недостатки. Однако анализ цепочек поставок отечественного производства TPU и TPE показывает, что рынок сырья для TPE более стабилен и удобен, в то время как большая часть сырья для производства TPU импортируется, а отечественный производственный процесс относительно отсталый, поэтому обеспечить стабильность продукции сложно. Характеристики сырья у каждого производителя существенно различаются. Нашим коллегам по эластомерам необходимо обладать достаточными знаниями, чтобы упростить разработку и применение материалов.

Благодаря глубокому исследованию внутренней структуры материала, мониторингу изменений характеристик в режиме реального времени и непрерывному анализу стабильности, была продемонстрирована совместимость и долговечность проводов в суровых морских условиях. В перспективе, постоянное совершенствование материалов и конструкций подводных линий электропередачи неизбежно заложит более прочную основу для добычи и использования морских ресурсов.       Компания Shanghai Lansheng Cable может удовлетворить ваши разнообразные потребности в кабелях.