Пластик TPR имеет многолетний опыт успешного применения в таких отраслях, как автомобилестроение, бытовая электроника и медицинское оборудование. Однако при выборе материалов инженеры часто сталкиваются с одними и теми же дилеммами: в чём именно заключается разница между TPR и TPE? В каких случаях пластик TPR более подходит, чем силикон? Каковы ключевые технологические аспекты, которые необходимо учитывать при литье пластмасс TPR?
Инженерная команда компании Dimud обладает многолетним опытом в области переработки высокоэффективных материалов для прецизионного литья под давлением. В данной статье систематически изложена полная система знаний о пластике TPR с трёх точек зрения — материаловедения, практической переработки и выбора материалов — с целью помочь инженерам и специалистам по закупкам принимать обоснованные решения при выборе материалов.
Что такое пластик TPR?
Термин «TPR» расшифровывается как «термопластичная резина» (Thermoplastic Rubber) и представляет собой важную подкатегорию термопластичных эластомеров (TPE). С химической точки зрения пластик TPR, как правило, представляет собой смесь блок-сополимеров на основе стирола (в частности, SBS, или стирол-бутадиен-стирольного триблочного сополимера) и полиолефинов, таких как полипропилен (PP) или полиэтилен (PE).
Молекулярная структура пластика TPR характеризуется типичной блочной структурой “A-B-A”: жесткие стирольные (S) блоки на обоих концах придают материалу эластическую память и прочность, схожую с прочностью вулканизированного каучука при комнатной температуре, в то время как мягкий бутадиеновый (B) блок в середине обеспечивает гибкость и способность к упругой деформации. Когда температура поднимается выше температуры размягчения, твёрдые стироловые сегменты разрушаются, и материал плавится, превращаясь в текучий расплав, который можно формовать с помощью стандартных технологий обработки термопластов, таких как литье под давлением и экструзия; при охлаждении твёрдые сегменты восстанавливаются, и формованная деталь вновь приобретает свои упругие свойства. Этот обратимый механизм физического сшивания является наиболее фундаментальной характеристикой пластика TPR и именно этим он принципиально отличается от традиционной вулканизированной резины (в которой происходит химическое сшивание, которое является необратимым).
Связь между пластиком TPR и TPE часто вызывает у инженеров путаницу: TPE представляет собой широкую категорию, охватывающую различные термопластичные эластомеры (включая TPR на основе SBS, TPE на основе SEBS, TPU, TPV и т. д.), тогда как под пластиком TPR обычно подразумевается именно термопластичный каучук на основе SBS и его смеси. В промышленной практике эти два термина иногда используются как синонимы, но, строго говоря, пластик TPR является конкретным представителем более широкого семейства TPE.
Являясь профессиональным производителем изделий, изготовленных методом литья под давлением, компания Dimud предоставляет клиентам комплексные услуги — от подбора материалов до серийного производства. Если вы рассматриваете возможность использования пластика TPR в своём проекте, посетите сайт Сайт Dimud обратитесь к нашей команде инженеров за квалифицированной консультацией.
Основные свойства пластика TPR
Всестороннее понимание свойств TPR является основой для правильного выбора материала. Ниже приводится систематизированный обзор основных технических характеристик пластика TPR с различных точек зрения:
Механические и физические свойства
| Показатели эффективности | Типичный диапазон значений |
|---|---|
| Твёрдость по шкале Шор А | 20 А–90 А (регулируется за счет состава) |
| Прочность на разрыв | 5–25 МПа |
| Относительное удлинение при разрыве | 300%–700% |
| Прочность на разрыв | 15–60 кН/м |
| Остаточная деформация при сжатии (23 °C) | 20%–40% |
| Плотность | 0,87–1,10 г/см³ |
Пластик TPR обладает чрезвычайно широким диапазоном твердости (20A–90A), который можно гибко настраивать путем регулирования соотношения SBS/PP и количества пластификатора. Это одно из его наиболее ценных инженерных свойств — одна и та же система материалов может варьироваться от чрезвычайно мягкой (с гелеобразной текстурой) до полужесткой (похожей на твердую резину), что позволяет использовать её в широком спектре областей применения.
Тепловые характеристики
| Показатели эффективности | Типичные значения |
|---|---|
| Температура непрерывной работы | от –40 °C до +100 °C |
| Кратковременная пиковая термостойкость | 120 °C |
| Температура формования под давлением | 180–220 °C |
| Температура размягчения по Викату | 75–110 °C |
Верхний предел термостойкости пластика TPR (100 °C в режиме непрерывной эксплуатации, 120 °C в течение коротких периодов) является его наиболее заметным недостатком по сравнению с силиконом (230 °C в режиме непрерывной эксплуатации), и этот фактор следует тщательно учитывать при применении в условиях высоких температур. Однако его эксплуатационные характеристики при низких температурах весьма высоки: он сохраняет хорошую гибкость при -40 °C, не становясь хрупким, что является значительным преимуществом для автомобильных уплотнений и потребительских товаров, предназначенных для использования на открытом воздухе.
Химическая стойкость
Пластик TPR обладает хорошей стойкостью к воздействию следующих сред:
- Разбавленные кислоты (соляная кислота, разбавленная серная кислота) и разбавленные основания
- Вода (в том числе горячая) и водяной пар (<100 °C)
- Спиртовые растворители (этанол, изопропанол)
- Большинство полярных органических соединений (глицерин, этиленгликоль)
Ситуации, требующие осторожности:
- Неполярные органические растворители (такие как бензол, толуол и гексан): Стирол-бутадиеновая структура пластика TPR на основе SBS чувствительна к набуханию в неполярных растворителях, что может привести к размягчению и разрушению материала; если химическая стойкость является ключевым требованием, следует отдавать предпочтение TPE или TPU на основе SEBS
- Концентрированные кислоты и сильные окислители: Азотная кислота высокой концентрации и растворы гипохлорита натрия высокой концентрации могут вызывать коррозию пластика TPR и поэтому не подходят для использования.
Электротехнические характеристики
| Показатели эффективности | Типичные значения |
|---|---|
| Объёмное удельное сопротивление | 10¹³–10¹⁵ Ом·см |
| Диэлектрическая прочность | 15–25 кВ/мм |
Пластик TPR обладает хорошими электроизоляционными свойствами, благодаря чему он подходит для применения в областях с умеренными требованиями к электрическим характеристикам, таких как корпуса бытовой электроники и оболочки кабелей.
Другие ключевые эксплуатационные характеристики
- Коэффициент трения: 0,5–0,8 (статический); обеспечивает превосходное сцепление с поверхностью, что является ключевым преимуществом для мягких рукояток и противоскользящих покрытий
- Стойкость к истиранию: превосходит традиционный ПВХ, объем истирания составляет примерно 120–200 мм³ (по результатам испытания на истирание по методу Табера)
- Коэффициент отскока: коэффициент отскока при сжатии >80%, с хорошей эластической памятью
- Окрашиваемость: превосходная; может быть изготовлен в любом цвете, с ярким и однородным цветом поверхности
Химический состав и молекулярная структура пластика TPR
Более глубокое понимание химического состава пластика TPR помогает инженерам выявлять основные причины различий в эксплуатационных характеристиках при выборе материалов:
Основные химические системы
TPR на основе SBS (стирол-бутадиен-стирол): самая классическая система TPR, отличающаяся низкой стоимостью, хорошей технологичностью и широким диапазоном регулируемой твердости. Основным недостатком является то, что двойные связи бутадиена (C=C) в SBS чувствительны к ультрафиолетовому (УФ) окислению; длительное пребывание на открытом воздухе может привести к пожелтению и ухудшению механических свойств. Данный материал подходит для применения в потребительских товарах, не предназначенных для использования на открытом воздухе, где важна экономичность.
TPR/TPE на основе SEBS (стирол-этилен-бутилен-стирол): благодаря гидрогенизации среднего блока SBS с целью устранения ненасыщенных двойных связей этот материал демонстрирует значительно повышенную устойчивость к УФ-излучению, термическому старению и химическому воздействию. Материалы на основе SEBS стоят примерно на 30%–60% дороже, чем SBS, но подходят для наружного применения, в медицинской сфере и в областях, требующих химической стойкости. Строго говоря, материалы на основе SEBS обычно классифицируются как “высокоэффективные TPE”, а не как “стандартные TPR”.”
Пластик TPR на основе сплава SEBS/PP: Смешивание SEBS с полипропиленом (PP) позволяет ещё больше повысить жёсткость, термостойкость и технологичность материала. Этот материал является основным выбором для изготовления деталей салона автомобилей и термостойких товаров широкого потребления; его твёрдость по Шору А обычно составляет от 60A до 80A.
Компоненты состава
Стандартные рецептуры пластика TPR, как правило, включают следующие компоненты:
- Матрица из блок-сополимера (SBS/SEBS): 35%–65%, определяет основные упругие свойства
- Полиолефины (ПП/ПЭ): 10%–30%, повышают жесткость и термостойкость
- Пластификаторы (минеральное масло/парафиновое масло): 15%–35%, для регулирования твердости и низкотемпературных характеристик
- Наполнители (карбонат кальция, тальк): 0%–20%, для снижения затрат и регулирования плотности и усадки
- Стабилизаторы и антиоксиданты: 0,5%–2%, для предотвращения термоокислительного разложения в процессе переработки и использования
- Красители: добавляются по мере необходимости
Гибкость рецептуры является одной из важнейших технических характеристик пластика TPR — путем регулирования соотношений отдельных компонентов можно настраивать твердость, гибкость, химическую стойкость и технологические свойства в достаточно широком диапазоне. Это также означает, что пластики TPR от разных поставщиков могут демонстрировать значительные различия в эксплуатационных характеристиках даже в рамках “одного и того же сорта”; поэтому при закупке крайне важно четко требовать от поставщиков предоставления полных технических паспортов (TDS) и протоколов испытаний партий (CoA).
Преимущества и ограничения пластика TPR
Преимущества TPR: основные достоинства
① Сочетает в себе эластичность резины и удобство обработки термопластов. Основное преимущество TPR-пластика заключается в возможности его массового производства на стандартном оборудовании для литья под давлением без вулканизации. Циклы литья под давлением обычно составляют от 20 до 60 секунд (в зависимости от сложности детали), что значительно короче циклов вулканизации традиционной резины (обычно 3–10 минут), что позволяет существенно повысить эффективность производства и снизить удельную себестоимость изготовления.
② Твердость материала легко регулируется, что обеспечивает большую гибкость при проектировании. Широкий диапазон твердости по шкале Шор А (20–90) позволяет использовать пластик TPR в самых разных областях применения — от чрезвычайно мягких тактильных прокладок до полужестких конструктивных элементов. Инженеры-конструкторы могут гибко подбирать рецептуры для удовлетворения различных тактильных и функциональных требований, не прибегая к использованию совершенно других систем материалов.
③ Превосходное сцепление с поверхностью и противоскользящие свойства. Высокий коэффициент трения (0,5–0,8) и отличная текстура поверхности делают пластик TPR естественным выбором для изготовления мягких рукояток инструментов, ручек спортивного инвентаря, товаров для младенцев и детей младшего возраста, а также мягких кнопок на электронных устройствах. По сравнению с жёсткими пластиками мягкая контактная поверхность пластика TPR обеспечивает незаменимые преимущества в плане комфорта при разработке эргономичного дизайна.
④ Превосходная усталостная прочность и упругая память: даже после миллионов циклов изгиба и сжатия пластик TPR сохраняет высокий уровень упругого восстановления, а его усталостная долговечность значительно превосходит аналогичный показатель традиционного ПВХ. Преимущества пластика TPR в плане долговечности особенно заметны в уплотнителях, шарнирных конструктивных элементах и виброгасящих элементах, которые подвергаются многократным деформациям.
⑤ Хорошая совместимость с адгезивом, обеспечивающая двухкомпонентное литье и переплавка. Пластик TPR обладает превосходной адгезией расплава к различным термопластичным материалам (PP, ABS, PC, PA и т. д.), что делает его идеальным материалом для изготовления мягких частей при двухкомпонентном литье и облицовке. Композитные детали, сочетающие в себе мягкие и твёрдые материалы, могут изготавливаться в рамках одного процесса литья под давлением без необходимости последующего склеивания или сборки и широко используются в электроинструментах, бытовой электронике и деталях салона автомобилей.
⑥ 100% Подлежит вторичной переработке; производственные отходы можно напрямую использовать повторно. В отличие от традиционной вулканизированной резины (химически сшитой, с неперерабатываемыми отходами), структура физического сшивания пластика TPR является обратимой при высоких температурах. Материал литниковых каналов и бракованные детали, полученные в процессе литья под давлением, можно полностью переплавить и повторно переработать, достигая коэффициента использования материала, близкого к 100%, что обеспечивает значительные преимущества с точки зрения экологической устойчивости в условиях всё более строгих требований к экологически чистому производству.
⑦ Низкий уровень выбросов ЛОС и строгое соблюдение нормативных требований. Уровень выбросов летучих органических соединений (ЛОС) при переработке высококачественного пластика TPR, как правило, не превышает 10 ppm, что значительно ниже, чем у ПВХ (>50 ppm) и традиционного вулканизированного каучука. Данный материал соответствует основным нормативным стандартам, таким как RoHS, REACH, а также требованиям FDA, благодаря чему он подходит для использования в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, игрушках и медицинских изделиях.
Ограничения пластика TPR
① Ограниченная термостойкость; не подходит для длительного использования в условиях высоких температур. Наиболее заметным недостатком пластика TPR является верхний предел температуры непрерывной эксплуатации (около 100 °C). При использовании в таких областях, как уплотнения моторного отсека (рабочая температура >150 °C) и высокотемпературная стерилизация (пар >121 °C), пластик TPR может подвергаться необратимой деформации или даже плавиться; в таких случаях вместо него следует использовать силиконовый каучук, фторуглеродный каучук FKM или TPV (термопластичный вулканизат).
② Пластик TPR на основе SBS не обладает атмосферостойкостью. Пластик TPR, изготовленный по базовой рецептуре SBS, содержит ненасыщенные двойные связи, что делает его чувствительным к ультрафиолетовому излучению и озону. Длительное использование на открытом воздухе может привести к пожелтению, растрескиванию и потере эластичности. Для наружного применения следует выбирать составы на основе SEBS или составы, содержащие УФ-стабилизаторы, хотя это приведет к более высоким начальным затратам.
③ Низкая стойкость к неполярным растворителям. Как упоминалось ранее, пластик TPR на основе SBS склонен к набуханию в неполярных растворителях, таких как бензол, толуол и циклогексан, что делает его непригодным для применения в условиях длительного контакта с такими химическими веществами. Для областей применения, требующих более высокой химической стойкости, более подходящими вариантами являются SEBS или TPU.
④ Низкая стабильность размеров при высоких температурах: из-за низкой температуры стеклования (Tg) пластика TPR стабильность размеров и жесткость деталей значительно снижаются при приближении рабочих температур к верхнему пределу. При проектировании деталей, требующих соблюдения точных допусков на размеры, необходимо в полной мере учитывать влияние теплового расширения.
⑤ Высокая остаточная деформация при сжатии. Степень остаточной деформации пластика TPR под воздействием длительных сжимающих нагрузок (20%–40%) выше, чем у силиконовой резины (5%–15%) и фторкаучука. Для статических уплотнений, требующих длительного сохранения уплотняющего усилия, на этапе проектирования следует предусмотреть компенсацию за счет “увеличения сжатия по сравнению с расчётным значением” либо провести оценку на предмет целесообразности использования вместо них силиконовой резины.
TPR против TPE / TPR против ПВХ / TPR против силикона
Правильное понимание различий между пластиком TPR и другими эластомерными материалами является залогом того, чтобы избежать ошибок при выборе:
TPR против TPE
Именно эта концепция вызывает у инженеров наибольшую путаницу. По сути, TPR является подклассом TPE; это не два разных материала:
| Сравнительные размеры | Пластик TPR | TPE |
|---|---|---|
| Химическая система | В основном на основе SBS/SEBS + полиолефинов | Охватывает различные системы, такие как SBS, SEBS, TPU, TPV и TPEE. |
| Типичный диапазон твердости | Берег A 20–90 А | Шор А 10А – Шор D 70D |
| Термостойкость | Общие сведения (≤120 °C) | В зависимости от системы температура TPV может достигать 150 °C, а TPEE — даже более высоких значений. |
| Устойчивость к воздействию растворителей | Материалы на основе SBS обладают относительно низкой прочностью, тогда как материалы на основе SEBS демонстрируют более высокие эксплуатационные характеристики. | TPU обладает превосходной маслостойкостью; TPV устойчив к воздействию горячего масла. |
| стоимость | От низкого до среднего | В зависимости от системы стоимость TPU/TPEE значительно выше |
Практические рекомендации по выбору: В большинстве проектов по литью под давлением вопрос “TPR или TPE” по сути сводится к выбору между мягкими эластомерами на основе SBS/SEBS и высокоэффективными эластомерами с более специализированными функциями, такими как TPU или TPV. Для проектов с ограниченным бюджетом, не предполагающих экстремальных условий эксплуатации, пластик TPR на основе SBS предлагает наилучшее соотношение цены и качества; для применений, требующих маслостойкости, термостойкости или высокой прочности, следует перейти на системы TPE с более высокими эксплуатационными характеристиками (такие как TPU или TPV).
TPR против ПВХ
| Сравнительные размеры | Пластик TPR | Гибкий ПВХ |
|---|---|---|
| Соблюдение природоохранного законодательства | Не содержит галогенов, соответствует требованиям директив RoHS и REACH | Содержит хлор; при сгорании образуются токсичные хлориды |
| Пластификатор | Не требуются пластификаторы на основе фталатов | Мягкий ПВХ содержит пластификаторы, такие как ДЭФП |
| Стойкость к низким температурам | Отлично (сохраняет эластичность даже при температуре -40 °C) | При низких температурах он становится твёрдым и хрупким, и этот эффект становится ещё более выраженным после миграции пластификатора |
| Возможность вторичной переработки | 100% Подлежит переработке путем плавления | Переработка отходов — сложный процесс, а затраты на утилизацию отходов, содержащих хлор, высоки |
| Температура обработки | 180–220 °C | 160–200 °C |
| Затраты на сырье | Немного выше, чем у ПВХ | Самый низкий, подходит для ситуаций, когда цена играет решающую роль |
| Тактильные ощущения | Похожий на резину; мягкий и эластичный | Регулируется, но упругость у него не такая хорошая, как у TPR |
Основной вывод: В связи с ужесточением нормативных требований ЕС в отношении опасных веществ — таких как REACH и RoHS — на фталатные пластификаторы в мягком ПВХ были наложены значительные ограничения, что побудило многих производителей проактивно заменять компоненты из ПВХ на пластик TPR. Преимущества пластика TPR с точки зрения соответствия нормативным требованиям в областях, связанных с контактом с кожей, контактом с пищевыми продуктами, производством игрушек и медицинских изделий, становятся все более заметными, и этот материал превратился в одну из наиболее широко используемых альтернатив ПВХ.
TPR против силикона
| Сравнительные размеры | Пластик TPR | Силиконовая резина (силикон) |
|---|---|---|
| Температура термостойкости | ≤120 °C | ≤230 °C |
| Метод обработки | Литье под давлением/экструзия (вулканизация не требуется) | Литье с использованием жидких материалов (LSR) или формование под давлением требует вулканизации |
| Производственный цикл | Короткий (20–60 секунд на каждый элемент) | Более длительный (LSR: 30–120 секунд, плюс время вулканизации) |
| Остаточная деформация при сжатии | 20%–40% | 5%–15% |
| Затраты на сырье | Низкий–средний | Средняя–высокая (прочность материала LSR примерно в 2–5 раз выше, чем у пластика TPR) |
| Возможность вторичной переработки | 100% Подлежит вторичной переработке | Не подлежит переработке путем плавления (термореактивный материал) |
| Биосовместимость | Хорошее качество (сертифицировано по стандартам FDA/USP класса VI) | Best (силиконовый каучук имплантационного качества) |
| Прозрачность | От полупрозрачного до непрозрачного | Высокая прозрачность (LSR) |
| Электроизоляция | Хорошо | Превосходно |
Основной вывод: Пластик TPR обладает целым рядом преимуществ с точки зрения стоимости, эффективности переработки и возможности вторичной переработки, что делает его подходящим для массового производства и проектов с ограниченным бюджетом в условиях эксплуатации, не предполагающих экстремальных нагрузок. Силиконовый каучук обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики в плане термостойкости, долговечности уплотнений, применения в медицинских изделиях имплантируемого класса и в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, однако он также сопряжен с более высокими начальными затратами и большей сложностью обработки. Эти два материала не являются конкурентами, а дополняют друг друга — при разработке продукта следует делать четкий выбор, исходя из целевых рабочих температур, требований к соответствию стандартам и экономии за счет масштаба, а не просто сравнивать цены на материалы.
Процесс производства пластика TPR
Пластик TPR подходит для различных процессов формования термопластов, в первую очередь для следующих:
Литье под давлением: наиболее распространенный метод обработки пластика TPR, подходящий для массового производства деталей сложной формы и с точными размерами. TPR обладает хорошей текучестью расплава и высокой способностью к заполнению формы, что позволяет изготавливать тонкостенные детали и конструкции со сложными деталями. Наложение: важное применение литья под давлением TPR; этот процесс заключается в нанесении пластика TPR на жесткие подложки, такие как PP или ABS, для формирования композитных деталей, сочетающих в себе мягкие и твердые материалы. Клеящие вещества не требуются, а прочность соединения надежна.
Экструзия: Используется для изготовления изделий правильной формы, таких как непрерывные профили, трубы, уплотнительные ленты и оболочки кабелей. Экструзия пластика TPR обеспечивает высокую точность размеров (порядка ±0,1 мм) и высокую скорость производства, что делает этот метод наиболее экономически эффективным для изготовления деталей с простым поперечным сечением в больших объемах.
Выдувное формование: используется для производства полых изделий, таких как бутылки с дозатором и тубы, а также находит определенное применение в сфере упаковки медицинских товаров и товаров широкого потребления.
Двухэтапное литье / 2K: В одной форме сначала методом литья под давлением изготавливается жесткий базовый материал (например, полипропилен), а затем наносится мягкий сегмент из TPR-пластика, что позволяет получить композитный изделие за один технологический процесс. По сравнению с накладным литьем двухкомпонентное литье является более эффективным, но сопряжено с более высокими затратами на изготовление пресс-формы; оно подходит для производства сверхкрупных партий.
Каландрирование: пластик TPR прессуется между валками в листы или пленки заданной толщины. Этот материал используется, в частности, в производстве материалов для обуви и водонепроницаемых мембран; данная технология является основной в обувной промышленности и в отрасли производства альтернативных материалов для кожи.
Литье под давлением TPR: основные моменты процесса литья под давлением
Литье под давлением TPR требует учета ряда специфических технологических особенностей по сравнению с литьем жестких инженерных пластиков. Ниже приводится краткое изложение практического опыта инженерной команды компании Dimud:
Предварительная обработка материала
Пластик TPR, как правило, характеризуется низкой скоростью поглощения влаги (примерно 0,02%–0,10%, в зависимости от состава), однако составы TPR, содержащие белое масло или пластификаторы, при ненадлежащем хранении могут демонстрировать поверхностную миграцию (“выделение масла”). Перед литьем под давлением рекомендуется просушить материал при температуре 60–80 °C в течение 2–4 часов; это особенно важно для составов, содержащих полярные наполнители, такие как карбонат кальция.
Настройки температуры ствола
Температуры переработки пластика TPR значительно ниже, чем у большинства инженерных пластиков:
| область | Рекомендуемый диапазон температур |
|---|---|
| Раздел «Лента новостей» | 150–170 °C |
| Секция сжатия | 170–190 °C |
| Участок гомогенизации | 185–210 °C |
| Температура сопла | 180–205 °C |
Примечание: Пластик TPR чувствителен к перегреву. Если температура цилиндра превысит 230 °C, материал на основе SBS может начать разлагаться, что приведет к пожелтению готовых деталей и усилению запаха. Если машина простаивает более 10 минут, снизьте температуру цилиндра до значения ниже 150 °C, чтобы избежать длительного воздействия высоких температур.
Температура формы и охлаждение
Рекомендуемая температура формы составляет 20–50 °C (ниже, чем для жестких пластиков). Пластик TPR обладает низкой теплопроводностью, поэтому детали с более толстыми стенками требуют достаточного времени охлаждения для обеспечения стабильности размеров при извлечении из формы; недостаточное время охлаждения может привести к тому, что деталь будет продолжать усаживаться и деформироваться после извлечения из формы. Рекомендуемое время охлаждения в качестве первоначального ориентира составляет «толщина стенки (мм) × 3–5 секунд» и должно корректироваться с учётом фактической температуры детали.
Скорость и давление впрыска
Пластик TPR обладает низкой вязкостью расплава и хорошей текучестью, благодаря чему он относительно устойчиво переносит колебания скорости впрыска. Однако чрезмерно высокие скорости впрыска могут вызвать образование струи в месте входа расплава и привести к появлению следов течения на поверхности детали. Рекомендуется использовать умеренную скорость впрыска, при этом давление удержания обычно устанавливается на уровне 40%–60% от давления впрыска на 2–5 секунд.
Коэффициент усадки
Коэффициент линейной усадки TPR составляет примерно 1,5%–3,0%, что превышает показатели большинства жестких конструкционных пластиков и в значительной степени зависит от твердости (состава) — более мягкий TPR (с более низким показателем по Шору A) демонстрирует более высокий коэффициент усадки. Для деталей, к которым предъявляются требования к точности размеров, рекомендуется проверить фактический коэффициент усадки посредством пробного литья на этапе DFM (проектирования с учетом технологичности) перед определением компенсации размеров пресс-формы.
Аспекты, которые следует учитывать при литье с нанесением покрытия
При литье с нанесением покрытия из TPR прочность соединения между основой (PP, ABS и т. д.) и TPR зависит от:
- Совместимость материалов (PP по своей природе совместим с TPR на основе SBS; для ABS и TPR требуется специальная подборка составов)
- Температура поверхности подложки (температура подложки перед вторым нанесением напрямую влияет на качество слияния границ раздела)
- Расположение литникового канала и параметры впрыска (на границе раздела фаз необходимо обеспечить достаточное тепло и давление для образования прочного соединения расплава TPR)
Рекомендуется на этапе закупки материала согласовать с поставщиком результаты испытаний на адгезию для данной рецептуры TPR и целевого субстрата.
Основные моменты при проектировании пластиковых форм методом TPR
Как эластомерный материал, пластик TPR имеет ряд ключевых отличий от жестких пластиков при проектировании пресс-форм:
Расчет толщины стенок: Рекомендуемая толщина стенок для эластичных деталей из пластика TPR составляет 1,5–4,0 мм. Слишком тонкие стенки (5 мм) значительно увеличат время охлаждения и вызовут появление вмятин. В случае функциональных элементов, таких как уплотнительные кромки и упругие выступы, необходимо уделять особое внимание взаимосвязи между деформацией и толщиной стенок, чтобы избежать концентрации напряжений в функциональных зонах.
Угол наклона: вытаскивание эластичных деталей из пластика TPR из формы облегчается за счет их упругой деформации; для простых форм допустим небольшой угол наклона — 0,5°–1°. Однако для поверхностей с текстурным рисунком угол наклона формы необходимо увеличить до значения, равного глубине текстуры, деленной на 10 (т. е. примерно 1° наклона на каждые 0,1 мм глубины текстуры); в противном случае текстурный рисунок будет поцарапан при извлечении из формы.
Линия разъема и вентиляционные канавки: Пластик TPR обладает низкой вязкостью расплава и требует высокой точности герметизации на линии разъема — чрезмерные зазоры (>0,03 мм) могут легко привести к образованию облоя. Рекомендуемая глубина вентиляционной канавки составляет 0,01–0,015 мм, что меньше, чем для жестких пластиков, чтобы предотвратить попадание расплава TPR с низкой вязкостью в вентиляционные канавки и возникновение заторов.
Проектирование форм для литья с нанесением покрытия: Формы для литья с нанесением покрытия требуют точного позиционирования заготовки, чтобы предотвратить смещение детали первого цикла во время закрытия формы и впрыска. Зазор в позиционирующих штифтах подложки должен контролироваться в пределах 0,02–0,05 мм; чрезмерный зазор приведёт к просачиванию пластика TPR в позиционирующие отверстия подложки, что негативно повлияет на внешний вид и размеры изделия.
Почему для литья под давлением стоит выбрать пластик TPR?
Пластик TPR является оптимальным выбором для литья под давлением в следующих случаях:
① Мягкая на ощупь поверхность + массовое производство методом литья под давлением: в любых областях применения, где требуется резиноподобная текстура, нескользящая рукоятка или мягкий на ощупь пользовательский интерфейс на пластиковых изделиях, литье под давлением TPR позволяет достичь этих целей с минимальными технологическими затратами и максимальной эффективностью производства — без необходимости вулканизации или склеивания, с непосредственным переходом от гранул к готовым деталям.
② Поиск альтернативы ПВХ для обеспечения соответствия нормативным требованиям: в рамках таких нормативных систем, как REACH ЕС, стандарт безопасности игрушек (EN 71) и RoHS, ограничения на использование пластификаторов в мягком ПВХ становятся всё более строгими. Пластик TPR не содержит галогенов и фталатов, что делает его наиболее подходящей альтернативой для обеспечения соответствия этим требованиям при сохранении функциональности гибких деталей.
③ Литье с накладкой на изделия, сочетающие твёрдые и мягкие компоненты: мягкие рукоятки для электроинструментов, рукоятки зубных щёток, рукоятки медицинских вспомогательных приспособлений и ударопрочные защитные чехлы для электронных устройств — для всех этих изделий, требующих конструкции типа “твёрдый корпус + мягкая сердцевина”, стандартным производственным подходом в отрасли являются решения по литью под давлением с использованием двух материалов, сочетающие пластик TPR с PP или ABS.
④ Области применения, требующие амортизации и смягчения ударов: Благодаря способности к упругой деформации и поглощению энергии пластик TPR является предпочтительным материалом для изготовления амортизирующих и смягчающих удары деталей, таких как амортизирующие прокладки, антивибрационные втулки и амортизирующие подножки. Его общие эксплуатационные характеристики превосходят характеристики пенополивинилхлорида (ПВХ), а стоимость ниже, чем у силиконовой резины.
⑤ Гибкие уплотнения для применения при низких температурах: В диапазоне рабочих температур от -40 °C до +80 °C уплотнения из пластика TPR демонстрируют превосходную эластичность по сравнению с ПВХ (который значительно затвердевает при низких температурах) и некоторыми видами ТПУ, что делает их экономически выгодным выбором для наружного оборудования, логистики холодовой цепи и автомобильных уплотнений.
⑥ Проекты по производству потребительских товаров с большими объёмами и высокой чувствительностью к себестоимости: по сравнению с силиконовым каучуком стоимость сырья для пластика TPR, как правило, на 50%–80% ниже. Он отличается короткими циклами литья под давлением, совместимостью со стандартным оборудованием для литья под давлением и относительно простыми конструкциями форм, что делает его общую себестоимость производства весьма конкурентоспособной для массовых потребительских товаров.
Чтобы узнать больше о возможностях компании Dimud в области литья под давлением из TPR и полном спектре поддерживаемых материалов, ознакомьтесь с нашим «Подробным руководством по материалам для литья под давлением» или свяжитесь напрямую с нашей инженерной командой, чтобы обсудить требования вашего проекта.
Применение пластика TPR в основных отраслях промышленности
Уникальные свойства пластика TPR делают его идеальным материалом для применения в высокотехнологичных областях в ряде ключевых отраслей, которые обслуживает компания Dimud:
Автомобильная промышленность
Пластик TPR является одним из наиболее широко используемых эластомерных материалов в автомобильной отрасли и имеет широкий спектр применения:
Уплотнительные ленты и уплотнители: Уплотнительные ленты для дверей, окон, люков на крыше и крышек багажника должны сохранять свои эластичные уплотнительные свойства в течение длительного времени, а также обеспечивать всестороннюю стойкость к ультрафиолетовому износу, низким температурам и дождю. Уплотнительные ленты из терполимерного каучука (TPR) на основе SEBS, благодаря превосходной атмосферостойкости и низкому остаточному сжатию, стали предпочтительным выбором и постепенно вытесняют традиционную резину EPDM в некоторых областях применения с невысокими требованиями к уплотнению.
Мягкие элементы салона: мягкие чехлы для рулевого колеса, рукоятки рычага переключения передач с кожаной текстурой и мягкая на ощупь отделка приборной панели — для деталей салона, требующих “мягкости на ощупь + долговечности + точности формовки”, двухцветное литье под давлением из TPR или технология накладного литья позволяют наладить автоматизированное серийное производство, обеспечивая гораздо более высокую эффективность по сравнению с ручными методами склеивания.
Функциональные элементы отделки: противоскользящие накладки на коврики, втулки жгутов проводов, резиновые заглушки — эти вспомогательные элементы отделки, выпускаемые как мелкими, так и крупными партиями, представляют собой наиболее типичные области применения литья под давлением пластика TPR в массовом производстве; как правило, в каждом автомобиле используется от десятков до сотен таких небольших деталей из TPR.
Новые области применения в сфере электромобилей (EV): По мере роста популярности электромобилей появляются новые компоненты, такие как пылезащитные крышки зарядных разъемов, мягкие опорные прокладки для аккумуляторных модулей и зажимы для фиксации кабелей, что открывает новые возможности для роста рынка TPR-пластика.
Отрасль бытовой электроники
Чехлы и крышки для мобильных телефонов: Чехлы для телефонов, изготовленные методом литья под давлением из TPR, сочетают в себе защиту от падений и амортизацию ударов с противоскользящим покрытием и точной формовкой, что делает их одним из самых массовых видов продукции из TPR, изготавливаемой методом литья под давлением, на рынке. Решение с использованием двух материалов — TPR и PC (PC-каркас + угловые бамперы из TPR) — стало основным конструктивным решением в индустрии чехлов для мобильных телефонов.
Наушники и носимые устройства: ушные крылышки, ушные вкладыши и уплотнители зарядного чехла для беспроводных наушников TWS, а также ремешки для часов и защитные чехлы для датчиков смарт-часов — все эти детали широко производятся методом литья под давлением из TPR-пластика. Их основные преимущества заключаются в комфорте при контакте с кожей и в легком весе.
Защитные манжеты для кабелей и разъемов: В конструкциях разъемов кабелей для передачи данных и зарядки, предназначенных для снятия напряжения (устойчивых к разрыву), широко применяется литье под давлением из пластика TPR; его эластичность способствует распределению изгибного напряжения, что значительно продлевает срок службы кабелей.
Кнопки и панели устройств: кнопки пультов дистанционного управления, мягкие на ощупь поверхности игровых контроллеров и нескользящие ножки клавиатур — детали из TPR, изготовленные методом литья под давлением, практически повсеместно используются в “человеко-машинном интерфейсе” бытовой электроники, являясь наиболее экономичным способом улучшения тактильных характеристик электронных изделий.
Текущее состояние дел в области устойчивого развития и соблюдения нормативных требований в компании TPR Plastic
Соблюдение природоохранного законодательства
Высококачественный пластик TPR, как правило, соответствует следующим основным стандартам:
- RoHS: не содержит вредных тяжелых металлов, таких как свинец, ртуть и кадмий
- REACH: В основных составах отсутствуют вещества, вызывающие особое беспокойство (SVHC), в частности, пластификаторы на основе фталатов, подпадающие под ограничения
- FDA 21 CFR: Составы пластика TPR, предназначенные для контакта с пищевыми продуктами, соответствуют требованиям FDA к материалам, предназначенным для контакта с пищевыми продуктами
- EN 71 (Безопасность игрушек): составы пластика TPR, предназначенные для производства игрушек, соответствуют требованиям Директивы ЕС о безопасности игрушек в отношении содержания тяжелых металлов и миграции
- USP класс VI: Некоторые составы пластика TPR медицинского назначения прошли испытания на биосовместимость в соответствии с требованиями USP класса VI
Преимущества в области устойчивого развития
Термопластические свойства пластика TPR обеспечивают ему несомненные преимущества с точки зрения экологической устойчивости: отходы литья под давлением можно переплавить и повторно переработать; отслужившие свой срок изделия могут поступать в систему переработки термопластичных эластомеров, причем часть из них используется для применения в целях «даунсайклинга» (например, для производства модифицированного асфальта и наполнителя для спортивных площадок). По сравнению с ПВХ (утилизация которого сопряжена с высокими затратами из-за содержания хлора) и традиционной вулканизированной резиной (отходы которой не подлежат переработке), пластик TPR обладает значительными преимуществами с точки зрения воздействия на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла.
Рекомендации по покупке
Составы TPR-пластиков значительно различаются у разных поставщиков. Недорогой TPR-пластик низкого качества может содержать чрезмерное количество фталатных пластификаторов (DEHP, DBP) или термостабилизаторов на основе тяжелых металлов. При использовании таких материалов в игрушках, изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, медицинских изделиях и товарах для детей необходимо четко оговорить следующие требования с поставщиками:
- Заполните TDS (технический паспорт) и CoA (сертификат анализа)
- Декларация по веществам SVHC в рамках REACH
- Соответствующие протоколы испытаний на соответствие требованиям (RoHS, EN 71, FDA и т. д.)
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Высококачественный пластик TPR является безопасным. Он не содержит латекса и фталатных пластификаторов (гибкость достигается без использования внешних пластификаторов) и соответствует основным нормативным требованиям, таким как FDA, RoHS, REACH и EN 71 (безопасность игрушек). Он широко используется в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, игрушках, товарах для младенцев и детей младшего возраста, а также в медицинских устройствах. Важно отметить, что на рынке имеются недорогие изделия из TPR-пластика, в которых используется сырье низкого качества или содержатся пластификаторы, применение которых ограничено — при покупке обязательно запрашивайте у поставщиков полные отчеты об испытаниях на соответствие требованиям и выбирайте сертифицированное брендовое сырье.
К основным недостаткам пластика TPR относятся: ограниченная термостойкость (температура непрерывной эксплуатации, как правило, не превышает 100 °C, что делает его непригодным для высокотемпературной стерилизации или использования в условиях высоких температур, таких как моторный отсек); низкую стойкость к неполярным растворителям (составы на основе SBS склонны к разбуханию в растворителях, таких как бензол и толуол); относительно высокую остаточную деформацию при сжатии (менее подходит, чем силиконовый каучук, для долгосрочного статического уплотнения); составы на основе SBS обладают низкой устойчивостью к УФ-излучению (для длительного использования на открытом воздухе требуются составы на основе SEBS или добавление УФ-стабилизаторов); а также значительное влияние температуры на стабильность размеров (жесткость деталей заметно снижается при эксплуатации вблизи верхнего предела диапазона рабочих температур).
Нет. Пластик TPR представляет собой термопластичный эластомер на основе SBS или SEBS, основная цепь которого состоит из углерод-углеродных (C-C) связей. Его можно перерабатывать с помощью стандартного оборудования для литья под давлением, он подлежит вторичной переработке (100%) и обладает максимальной термостойкостью около 120 °C. Силиконовый каучук — это термореактивный эластомер, основная цепь которого состоит из кремний-кислородных (Si-O) связей. Для формования он требует вулканизации (сшивания), обычно обладает максимальной термостойкостью 230 °C и отличается превосходной биосовместимостью; однако его невозможно переработать путем плавления, и он стоит дороже. Эти два материала имеют принципиальные различия в химической структуре, методах обработки, термостойкости и возможности вторичной переработки и не являются взаимозаменяемыми.
Литье TPR — это производственный процесс, при котором гранулы пластика TPR нагреваются и плавятся в литьевой машине, а затем под высоким давлением через шнек впрыскиваются в закрытую полость формы; после охлаждения и отверждения форма открывается, и деталь извлекается. По сравнению с литьем под давлением жёстких инженерных пластиков, литье TPR осуществляется при более низких температурах обработки (180–220 °C), требует более длительного времени охлаждения (из-за низкой теплопроводности эластомеров) и характеризуется более высокими коэффициентами усадки (1.5%–3,0%). Надформование (литье TPR на жёсткую подложку) является одним из наиболее распространённых видов применения литья TPR под давлением, позволяющим изготавливать изделия, сочетающие мягкие и жёсткие материалы, в рамках одного процесса формования без необходимости дополнительных этапов склеивания.
Да, термопласты являются основной категорией материалов, используемых в литье под давлением. Как термопластичный эластомер, пластик TPR можно обрабатывать исключительно с помощью стандартного оборудования для литья под давлением — и именно в этом заключается его главное техническое преимущество перед традиционной вулканизированной резиной (которую можно обрабатывать только методом прессования или трансферного литья и которая требует времени на вулканизацию). После нагрева до температуры плавления пластик TPR можно впрыскивать в форму так же, как и любой обычный термопласт; при охлаждении он восстанавливает свою эластичность. Весь цикл литья под давлением обычно завершается за 20–60 секунд, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность производства по сравнению с термореактивными эластомерами.
Сотрудничество с компанией Dimud в рамках проекта по литью под давлением из пластика TPR
«Димуд» — это комплексный производитель, специализирующийся на разработке и серийном производстве высокоточных форм для литья под давлением. Обладая собственным заводом по производству пресс-форм, литьевым цехом и предприятием по сборке электроники, компания предлагает услуги литья под давлением для полного спектра материалов — от универсального пластика TPR до высокоэффективных эластомеров (TPU, TPV, SEBS) — и поддерживает как процессы накладного литья на TPR, так и двухкомпонентного литья.
В рамках каждого проекта по литью под давлением из TPR-пластика мы предоставляем:
- Анализ DFM (Design for Manufacturability) (толщина стенок / угол наклона / текстурирование / оценка расположения литников)
- Оценка совместимости подложек для литья с нанесением покрытия и пластика TPR
- Разработка технологических параметров и контроль первого изделия (FAI)
- Полный переход от мелкосерийного пилотного производства к массовому производству
Если вы планируете реализовать проект по литью под давлением из пластика TPR, пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами или посетите сайт Руководство по материалам для литья под давлением от компании «Димуд» чтобы ознакомиться с полным перечнем поддерживаемых нами материалов.
