Vergleich der Leistungsfähigkeit und Anwendung von TPE- und TPU-Draht- und Kabelmaterialien
Raucharm | Halogenfrei | Flammhemmend
Thermoplastische Elastomere werden heute von vielen bevorzugt. Draht und Kabel Fabriken nutzen die Vorteile von hoher Elastizität, Flexibilität und glatter Haptik. Da PVC-Materialien in vielen Bereichen eingeschränkt sind, wird die thermoplastische Elastizität verstärkt gefördert.
In den letzten 15 Jahren wurden in China zunehmend flammhemmende thermoplastische Elastomere entwickelt. Flammhemmende thermoplastische Elastomere, insbesondere TPE und TPU, finden breite Anwendung in Datenleitungen für Konsumgüter, in ummantelten und isolierten Leitungen für Ladesäulen für neue Energien sowie in Hochspannungsleitungen in Fahrzeugen.
Die Forschung an Flammschutzmitteln für thermoplastische Elastomere birgt jedoch weiterhin einige objektive Herausforderungen. Beispielsweise wird häufig nach den Unterschieden zwischen TPE und TPU gefragt. Dieser Artikel behandelt daher kurz die Eigenschaften, den Leistungsvergleich und die Anwendungsgebiete der thermoplastischen Elastomere TPE und TPU für Kabel und Leitungen.
01 Anwendung von TPE im Bereich Draht und Kabel
TPE bezeichnet ein thermoplastisches Elastomer mit SEBS als Matrixharz. SEBS ist ein Blockcopolymer aus Styrol (S)-Ethylen (E)/Buten (B)-Styrol (S).
Die Doppelbindungen in SEBS, also SBS, werden durch Hydrierung gesättigt, daher besitzt SEBS eine gute Witterungsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Druckverformungsbeständigkeit und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.
(1) SEBS-Produkte zeichnen sich durch hervorragende elektrische Isolationseigenschaften, Ungiftigkeit, Witterungsbeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, gute Flexibilität und hohe Festigkeit sowie einen breiten Temperaturbereich aus. Sie eignen sich hervorragend zur Herstellung von Außenisolierungen und Isolierbändern für Drähte und Kabel. Hauptanwendungsgebiete sind mobile Endgeräte, Haushaltsgeräte und weitere Bereiche.
Derzeit ist es ein allgemeiner Trend, PVC im Bereich der Niederspannungsleitungen (wie Kopfhörerkabel, Ladekabel, USB-Kabel, Audio-/Videokabel, Computerkabel usw.) zu ersetzen.
(2) Da Unterhaltungselektronikprodukte durch schnelle Aktualisierungen und kurze Lebensdauer gekennzeichnet sind, bieten SEBS-bezogene Produkte mit dem Aufkommen des Zeitalters der Konsummodernisierung ein enormes Entwicklungspotenzial in dieser Branche.
Angesichts der steigenden Anforderungen an die Feuerbeständigkeit und Umweltverträglichkeit von Kabeln im In- und Ausland sowie des stetig steigenden Konsumniveaus setzt sich der Trend zu hochleistungsfähigen, flammhemmenden SEBS-Produkten als Ersatz für andere Kabel durch andere Produkte durch.Dieses Kabel Substrate wie PVC und CPE gewinnen zukünftig zunehmend an Bedeutung, und die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Derzeit besteht eine große Marktnachfrage nach der Flammschutzmodifizierung und der Weiterentwicklung von SEBS-Produkten mit hoher Leistungsfähigkeit.
Spezialfunktions-TPE-Material: Mit der Anwendung und Entwicklung neuer Technologien für TPE-Materialien umfassen die aktuellen Spezialfunktions-TPE-Materialien hauptsächlich leitfähiges TPE, antistatisches TPE, TPE-Isoliermaterial, strahlenvernetztes XLTPO, hochelastisches TPE, hochflammhemmendes TPE usw.
02 Anwendung von TPU im Bereich Draht und Kabel
TPU (thermoplastisches Polyurethan-Elastomer) ist ein lineares Blockcopolymer, das durch die Reaktion von Diisocyanat und makromolekularem Polyol, Kettenverlängerer/Vernetzungsmittel und geringen Mengen an Additiven hergestellt wird. Es gibt zwei Arten: TPU besteht hauptsächlich aus Polyurethan, TPU hauptsächlich aus Polyether.
Es handelt sich üblicherweise um ein Blockpolymer, wobei das durch Reaktion eines langkettigen Polyols mit Isocyanat erhaltene PU als Weichsegment und das durch Reaktion eines kurzkettigen Diols mit Isocyanat erhaltene PU als Hartsegment verwendet wird.
Die Anwendungsgebiete von TPU-Elastomeren in Drähten und Kabeln liegen hauptsächlich in folgenden Bereichen:
·Automobil-Kabelbaum: Kabelbaum für Antiblockiersystem (ABS), Kilometerzählerkabel, Kfz-Kommunikationskabel, flammhemmendes Kabel für Ladesäulen usw.;
•Geografische Explorationskabel: Ölfeld-/Ozean-/Landexplorationskabel, seismische Wellendetektionskabel usw.;
•Kabel für Unterhaltungselektronik: Kopfhörerkabel (flammhemmend) Datenkabel zum Aufladen von Mobiltelefonen, als Audiokabel, USB-Kabel, Computerzubehörkabel usw.;
•Energie- und Industriekabel: Computer-CNC-Kabel, Windkraftkabel, Bergbaukabel, Energiekabel;
•Drahtkommunikationskabel: Glasfaserkabel mit Mantel, flammhemmend erforderlich;
•Kabel für medizinische Geräte: Elektrokardiogrammkabel, Blutsauerstoffmesskabel, Elektrodenkabel, Massagegerätkabel.
03 Vergleich der Leistungsfähigkeit von TPE- und TPU-Draht- und Kabelmaterialien
(1) TPU besitzt eine höhere Festigkeit als TPE, Zugfestigkeit und Dehnung: Die Zugfestigkeit von TPU ist 2- bis 3-mal so hoch wie die von Naturkautschuk und Synthesekautschuk, und TPU weist eine gute Biegefestigkeit sowie eine gute Verschleißfestigkeit auf. Der Taber-Verschleißwert liegt bei 0,35-0,5 mg und ist damit der niedrigste unter den Kunststoffen, wodurch eine gute Hautbruchfestigkeit erzielt wird.
(2) Haptik und Weichheitseigenschaften von TPE und TPU: TPE bietet einen breiten Härte- und Flexibilitätsbereich von 0 bis 99A, während TPU einen Härtebereich von 60 bis 95A aufweist und selbst bei Härten über 85A noch elastisch bleibt. Diese Eigenschaft fehlt anderen Elastomeren, wodurch TPU eine hohe Belastbarkeit und gute Saug- und Entladeeigenschaften besitzt. Die Haptik beider Materialien unterscheidet sich je nach Härtebereich deutlich, sodass sie sich je nach Anforderung an unterschiedliche Anwendungsbereiche anpassen. TPE hingegen verliert bei hohen Härten deutlich an Elastizität.
(3) Polyether-TPU und TPE weisen eine gute Wasserbeständigkeit auf, Polyester-TPU hingegen eine schlechte Wasserbeständigkeit; TPU ist ölbeständiger als TPE.
(4) Die UV-Beständigkeit von Polyester-TPU ist relativ gering und es neigt zur Vergilbung. Da der Benzolring des Polyurethan-Hartsegments und der aromatische Härter mit dem Carbonsäureester konjugiert sind, kommt es zu einer Oxidation und Umlagerung, wodurch eine Chinonstruktur mit chromogenen Gruppen entsteht. Dies führt zu einer ungesättigten Bindung im Polymersegment. Unter Einwirkung von UV-Strahlung werden energiereiche freie Radikale für die Farbänderungsreaktion freigesetzt. Diese Energie reicht aus, um die chemischen Bindungen der meisten Polymere zu spalten, eine automatische Oxidationsreaktion auszulösen und so Alterung und Abbau zu verursachen.
Die Vergilbungsbeständigkeit von Polyether-TPU ist besser als die von Polyester-TPU. Durch Modifizierung lässt sich die UV-Beständigkeit verbessern, sodass eine Vergilbung innerhalb von ein bis zwei Jahren verhindert wird. TPE bietet im Allgemeinen einen besseren UV-Schutz als TPU, wodurch die Farbbeständigkeit von TPE deutlich höher ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Polyether-TPU Vorteile hinsichtlich Hydrolysebeständigkeit, Schimmelresistenz, hoher Elastizität und Tieftemperaturbeständigkeit bietet. Polyester-TPU zeichnen sich durch hohe Zugfestigkeit, Flexibilität, Verschleißfestigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit aus.
04 Verarbeitung und Formgebung von TPE- und TPU-Draht- und Kabelmaterialien und Kostenvergleich
Vergleich der Verarbeitung und Formgebung von TPE- und TPU-Draht- und Kabelmaterialien:
(1) TPU ist sehr wasseraufnahmefähig. Es muss vor der Weiterverarbeitung bei 100℃*3~4H getrocknet werden, während TPE bei 70~80℃*2H getrocknet wird;
(2) Anforderungen an TPU-Extruder. Dreistufige Einschneckenextruder mit einem L/D-Verhältnis zwischen 20 und 30 und einem Kompressionsverhältnis zwischen 2 und 4 eignen sich für die TPU-Verarbeitung; der Spalt zwischen Schnecke und Materialrohren beträgt etwa 0,1–0,2 mm. Die optimale Schneckenkonstruktion sollte starke Reibung und Überhitzung vermeiden, da diese zu Materialzersetzung und Rissbildung führen und somit die mechanischen Eigenschaften des Produkts beeinträchtigen.
Die Drehzahl der Schnecke hängt von ihrem Durchmesser ab. Da TPU empfindlich auf Hitze und Schnitte reagiert, kann eine zu hohe Drehzahl leicht zu Rissen führen. Ist sie hingegen zu niedrig, kann dies aufgrund der langen Verweilzeit ebenfalls Risse verursachen. Im Allgemeinen liegt die Schneckendrehzahl im Bereich von 25–60 U/min, während für TPE ein Extruder mit relativ geringer Drehzahl erforderlich ist.
(3) Vor dem Start der TPU-Maschine ist sicherzustellen, dass Schnecke, Maschinenkopf und Schneckenzylinder frei von schwer zugänglichen Stellen sind. Alle Vorbereitungen, wie die Vorbereitung des Halbfertigprodukts, das Drucken und die Inbetriebnahme, müssen abgeschlossen sein. Im letzten Schritt muss das fertige Produkt vollständig geöffnet werden, bevor der Materialbehälter zur Schnecke geführt wird. Beim Anfahren der Maschine sollte die Verweildauer des Gummis auf der Schnecke möglichst kurz sein. Nach dem Materialausstoß läuft die Maschine innerhalb von 5 Minuten an. Diese kritische Phase muss von Anfang an sorgfältig bewältigt werden. Halten Sie sich an die Reihenfolge, dann erzielen Sie mit halbem Aufwand doppelt so viel Ergebnis.
(4) TPE ist unempfindlich gegenüber Scherkräften und zersetzt sich auch bei längerer Lagerung nicht leicht. Es ist vergleichsweise einfacher zu verarbeiten.
Vergleich der Verarbeitungskosten von TPE- und TPU-Draht- und Kabelmaterialien:
(1) Die Kosten für TPE-Material und Polyester-TPU unterscheiden sich nicht wesentlich. Polyester-TPU ist etwas teurer, Polyether-TPU hingegen ist vergleichsweise teuer.
(2) Die drei weisen die niedrigste TPE-Dichte auf, gefolgt von der Polyether-TPU-Dichte und der größten Polyester-TPU-Dichte, sowie die niedrigsten Kosten für die Verwendung von TPE.
Ein Vergleich der grundlegenden Eigenschaften von TPE- und TPU-Materialien sowie deren Verarbeitungstechnologien zeigt, dass beide ihre jeweiligen Vor- und Nachteile aufweisen. Die Analyse der inländischen Wertschöpfungsketten der TPU- und TPE-Industrie verdeutlicht jedoch, dass der Rohstoffmarkt für TPE stabiler und bequemer ist, während die Rohstoffe für die TPU-Produktion größtenteils importiert werden müssen und die inländischen Produktionsprozesse vergleichsweise rückständig sind, was die Produktstabilität erschwert. Die Rohstoffeigenschaften der einzelnen Hersteller unterscheiden sich deutlich. Unsere Kollegen in der Elastomerindustrie müssen diese Unterschiede daher besser verstehen, um die Anwendung und Weiterentwicklung ihrer Materialien zu fördern.
Durch eingehende Untersuchung der inneren Materialstruktur, Echtzeitüberwachung von Leistungsänderungen und kontinuierliche Stabilitätsanalyse werden die Kompatibilität und Belastbarkeit der Leitungen unter rauen Meeresbedingungen nachgewiesen. Mit Blick auf die Zukunft wird die kontinuierliche Verbesserung von Material und Struktur von Unterwasserleitungen unweigerlich eine solidere Grundlage für die Gewinnung und Nutzung mariner Ressourcen schaffen.
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