Таблица 1: Свойства типичных марок TPO, получаемых литьем под давлением.
TPO обнаруживают при низких температурах хорошую сопротивляемость ударным нагрузкам в сочетании с высокими показателями твердости и устойчивости к воздействию кислот, оснований и многих органических растворителей. Они могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур (от -40° C до почти 130° C). Эти материалы обладают отличными показателями устойчивости к атмосферным воздействиям, которые могут быть усовершенствованы с помощью соответствующих стабилизаторов и поглотителей ультрафиолетового излучения. Тактильные свойства TPO могут варьироваться от мягкости и эластичности до твердости и жесткости. Особый стоит отметить удельный вес TPO, он один из самых низких среди коммерческих термопластичных эластомеров, что позволяет снизить вес продукции в автомобильной промышленности. TPO легко окрашиваются; их можно использовать для имитации более дорогих материалов, например, кожи. В целом, TPO имеет очень хорошее соотношение стоимость/технические характеристики.
Использование TPO в автомобилестроении
Панели бамперов стали одной из наиболее крупногабаритных деталей, для производства которой в автомобильной промышленности используются TPO. К числу других примеров применения этих материалов для производства внешних деталей автомобиля относятся обшивка боковых панелей кузова, панели опорных стержней нижней части кузова и передние решетки капота.
Мягкие на ощупь TPO вытесняют ПВХ при производстве многих деталей внутренней отделки, включая крышки панелей приборов, подлокотники и рулевые колеса. К числу других деталей внутренней отделки из TPO относятся: приборные панели, дверные панели и стойки кузова. Одной из причин того, что TPO все чаще оказывают предпочтение перед ПВХ при производстве внутренних конструкций автомобиля, являются лучшие эксплуатационные характеристики. К примеру, по сравнению с ПВХ, у TPO меньше склонность к помутнениюю, менее интенсивный запах и на них меньше заметны царапины. TPO также обнаруживают более высокую низкотемпературную пластичность, чем ПВХ.
Рис. 1. Большинство компонентов этой приборной панели для Chevrolet Colorado и небольших пикапов GMC сформованы из TPO марки Sequel 2380.
Представители нового семейства TPO (Platon, от компании Solvay Engineered Polymers) могут быть использованы для производства металлизованных деталей методом литья под давлением с использованием технологии нанесения электролитического покрытия. По имеющимся данным, здесь области применения включают рамки освещения шкал приборных панелей, обшивки, накладные элементы, решетки, и, потенциально, приборные панели. Хромированные материалы из TPO обнаруживают свойства, сходные со свойствами хромированных деталей из АБС и АБС/ПК.
Линейку полиолефиновых эластомеров (POE) можно смешивать с полипропиленом для производства TPO, подходящим для изготовления заготовок, из которых потом можно формовать покрытия панелей управления методами каландрирования и экструзии. В POE, поставляемые компанией DuPont Dow Elastomers под маркой Engage, входят этилен-бутеновые сорта, имеющие в своем строении разветвления цепей с образованием длинной боковой цепи и расширением молекулярно-массового распределения.
Усовершенствованные TPO на основе полипропилена были разработаны компанией Basell Polyolefins для изготовления деталей внутренней отделки автомобилей с высокой устойчивостью к образованию царапин, высокой матовостью и хорошим соотношением прочности и устойчивости к воздействию. Получение этих свойств достигается с помощью использования специальных добавок, наполнителей и модификаторов, увеличивающих ударную прочность.
Рис. 2. Патентованная технология формования позволяет производить приборные панели и покрытия щитков из TPO, роскошные на вид и приятные на ощупь.
Новые этиленолефиновые пластомеры низкой плотности, производимые с помощью технологии с металлоценовыми катализаторами, использовались в качестве модифицирующих добавок, увеличивающих ударную прочность TPO деталей внутренней отделки автомобилей, а также полосок внешней отделки и бамперов. Пластомеры с октеновой основой продаются в рамках линии Chemical's Exact ExxonMobil. По имеющимся данным, они обеспечивают отличное соотношение прочности и устойчивости к воздействию низких температур.
Производители TPO и автомобилей работают совместно для разработки нанокомпозитов TPO – смесей наномерных частиц глины в матрице из TPO. Используемые в автомобильной промышленности TPO часто наполняются минеральными веществами, такими как тальк или мел. Эти наполнители повышают жесткость полимеров, но увеличивают массу материалов и снижают ударную прочность. По сравнению с обычными композитами с TPO, нанокомпозиты имеют меньшую массу. Добавленная в них глина увеличивает их жесткость без ущерба для ударной прочности.
Использование TPO в строительстве
В строительной промышленности TPO, в основном, используются для производства кровельных покрытий. Ранее у полеолефинов не хватало эластичности для того, чтобы их можно было использовать в этом качестве, но TPO, благодаря своим эластомерным компонентам, превратили полиолефины в важного игрока на рынке кровельных материалов. Чтобы сделать TPO эластичными, не надо добавлять никаких пластификаторов, поэтому вероятность того, что со временем произойдет потеря этих добавок, и кровельные материалы станут хрупкими, очень мала.
TPO полученные в реакторах и изготовленные на основе полипропилена, обычно используются для производства рулонных кровельных материалов. При производстве этих полимеров их обычно смешивают с добавками, такими как: красители, ультрафиолетовые стабилизаторы и огнеупорные компоненты. Обычный состав TPO кровельных марок: 30% полипропилена и 70% этиленпропиленового каучука. Листы, как правило, армированы стекловолокном или полиэфирными арматурными сетками, которые повышают прочность при растяжении и прочность на разрыв.
Рис. 3. Применение в строительстве TPO, состоящих из этилен-пропиленового каучука и полипропилена.
Не содержащие хлора TPO не вызывают возникновения проблем с охраной окружающей среды, которые могут возникать в некоторых странах и регионах с соперничающими с TPO кровельными материалами из ПВХ. Но TPO обладают меньшей внутренней огнестойкостью, чем ПВХ, поэтому обычно неотъемлемым компонентом рецептуры TPO кровельных покрытий являются пламязамедляющие компоненты. Там, где нежелательно присутствие бромированных пламязамедляющих компонентов, могут использоваться альтернативные замедлители горения, такие как трехокись сурьмы или неорганические гидраты.
COPE
Сополиэфирные эластомеры, или COPEs, состоят из блок-сополимеров чередующихся твердых (из сложного полиэфира) и мягких (из пpoстого полиэфира) сегментов. Они обладают высокой прочностью в широком диапазоне температур, отличной устойчивостью к ползучести, усталости и воздействию различных температур, а также исключительной устойчивостью к воздействию химических веществ, нефтепродуктов и смазочных материалов. COPE не становятся хрупкими даже при температурах, доходящих до -40°C, и они сохраняют стабильность при температурах примерно до 150°C.
Использование COPE при производстве автомобилей
Используемые для покрытия автомобильных подушек безопасности, COPE не раскалываются и не разбиваются при исключительно низких температурах, как это происходит с другими термопластическими эластомерами, такими как TPO и стирен-этилен-бутадиен-стиролом (SEBS). COPE также легко красить, и они мягкие на ощупь.
Рис. 4. Покрытие подушек безопасности, изготовленное из COPE (Arnitel) сохраняет эластичность при низких температурах вплоть до -40°C.
COPE также используются для производства корпусов универсальных шарниров и конструкций, на которых сохраняется смазка при соединении деталей переднеприводных автомобилей. Такие корпуса должны также предохранять места соединения от воздействия воды, грязи и соли. Свойственное COPE сопротивление усталости при экстремальных температурах, устойчивость к воздействию смазочных материалов и истиранию дают им преимущество при использовании в производстве корпусов универсальных шарниров. В отличие от составляющих им конкуренцию неопреновых материалов для производства универсальных шарниров, COPE легко перерабатываются, имеют лучшие эксплуатационные параметры при использовании в тонкостенных деталях, и меньше подвергаются деформации с течением времени.
Одной из сходных областей применения в автомобилестроении является использование COPE для производства внешних универсальных шарниров – герметизирующих панелей, используемых для закрывания универсальных шарниров со стороны руля. Такие панели должны препятствовать проникновению смазочных материалов из мест соединения деталей и предотвращать проникновение пыли или грязной воды извне.
Устойчивость COPE к воздействию высокого давления и высоких температур также делает их ценным материалом для производства воздуховодов, которые соединяют систему внутреннего охлаждения автомобиля с двигателем. Такие недавно введенные в обращение воздуховоды используют высокое давление для повышения мощности двигателя. Они располагаются рядом с двигателем и испытывают воздействие высоких температур. Такие воздуховоды должны быть достаточно эластичны, чтобы уравновешивать движения двигателя, и они должны выдерживать воздействие нефтепродуктов и других жидкостей, связанных с эксплуатацией автомобиля. Свойственные COPE температура непрерывной эксплуатации до 150° C, эластичность и устойчивость к воздействию химических веществ дают этим материалам возможность проникать на этот зарождающийся рынок. Как сообщает один из производителей COPE, DSM, использование данного патентованного материала из COPE (Arnitel) в производстве воздуховодов позволяет уменьшить толщину стенок воздуховодов на 40% по сравнению с другими марками COPE, и на 70% по сравнению с термореактивными каучуками.
Рис. 5. Воздуховоды автомобилей Renault производятся из COPE, что дает возможность уменьшить толщину стенок и повысить устойчивость к воздействию высоких температур.
Термопластичные эластомеры, такие как TPO и COPE, пользуются в настоящее время большим спросом при производстве автомобильных деталей и строительных материалов, поскольку они соответствуют повсеместно распространенным в этих отраслях требованиям. К числу необходимых свойств относятся: более высокие эксплуатационные показатели, меньшие затраты, меньшая масса и более высокая пригодность к переработке для повторного использования. Развитие рынка этих материалов также стимулируется предпочтениями потребителей, которые хотят, чтобы внутреннее убранство салонов их автомобилей было приятным на ощупь. TPO и COPE конкурируют с другими пластмассами, такими как: ПВХ, АБС, АБС/ПК и SEBS. Присадки и наполнители являются жизненно важными элементами для расширения диапазона свойств как TPO, так и COPE.
