TPEおよびTPU電線・ケーブル材料の性能比較と応用
低煙｜ハロゲンフリー｜難燃性
熱可塑性エラストマーは現在、多くの人々に好まれている 電線とケーブル 高い弾性、柔軟性、滑らかな感触といった利点から、工場では熱可塑性樹脂が広く利用されている。PVC素材は多くの場面で制約を受けるため、熱可塑性樹脂の弾性が積極的に推進されている。
過去15年間、中国では熱可塑性エラストマーの難燃性開発がますます進んでいます。難燃性熱可塑性エラストマー、特にTPEとTPUは、民生用製品のデータケーブル、新エネルギー充電ステーションの被覆線や絶縁線、車載高電圧線などに広く使用されています。
しかしながら、熱可塑性エラストマーの難燃性に関する研究には、依然として多くの客観的な問題が存在します。例えば、TPEとTPUの違いについてよく質問されます。この記事では、熱可塑性エラストマーであるTPEとTPUの電線・ケーブル材料の特性、性能比較、および用途について簡潔に解説します。
01 電線・ケーブル分野におけるTPEの応用
TPEとは、マトリックス樹脂としてSEBSを用いた熱可塑性エラストマーのことである。SEBSは、スチレン（S）-エチレン（E）/ブテン（B）-スチレン（S）からなるブロック共重合体である。
SEBS、すなわちSBSの二重結合は水素化によって飽和されているため、SEBSは優れた耐候性、耐熱性、圧縮変形抵抗性、および優れた機械的特性を備えている。
（１）SEBS製品は、優れた電気絶縁性能、無毒性、耐候性、耐老化性、良好な柔軟性、高強度、広い温度範囲を有しています。電線やケーブルの外被や絶縁テープの製造に最適な材料であり、主にモバイルスマート端末や家電製品などの分野で使用されています。
現在、低電圧電線（ヘッドホンケーブル、充電ケーブル、USBケーブル、オーディオ/ビデオケーブル、コンピューターケーブルなど）の分野では、PVCを別の素材に置き換えることが一般的な傾向となっている。
（２）消費者向け電子製品はアップデートが速く、耐用年数が短いという特徴があり、消費高度化の時代が到来したことで、SEBS関連製品はこの業界で大きな発展の余地がある。
国内外でケーブルの耐火性や環境保護性能に対する要求が高まるにつれ、人々の消費水準も向上し、高性能難燃性SEBS製品の需要が高まっている。このケーブル PVCやCPEなどの基材は今後ますます普及していくと予想され、その将来的な応用範囲は広い。現在、SEBSの難燃性改質および高性能化に対する市場ニーズは非常に高い。
特殊機能TPE材料：TPE材料の新技術の応用と開発により、現在の特殊機能TPE材料は主に導電性TPE、帯電防止TPE、TPE絶縁材料、照射架橋XLTPO、高弾性TPE、高難燃性TPEなどが含まれます。
02 電線・ケーブル分野におけるTPUの応用
TPUは熱可塑性ポリウレタンエラストマーであり、ジイソシアネートと高分子ポリオール、鎖延長剤／架橋剤、および少量の添加剤との反応によって生成される線状ブロック共重合体である。一方は主にポリウレタン材料であり、もう一方は主にポリエーテル型である。
通常はブロックポリマーであり、長鎖ポリオールとイソシアネートを反応させて得られるポリウレタンはソフトセグメントとして、短鎖ジオールとイソシアネートを反応させて得られるポリウレタンはハードセグメントとして用いられる。
TPUエラストマーの電線・ケーブルへの応用は、主に以下の分野に及んでいます。
・自動車用配線ハーネス：アンチロックシステム（ABS）配線ハーネス、オドメーターケーブル、自動車通信ケーブル、充電ステーション難燃性被覆ケーブルなど。
・地理探査ケーブル：油田・海洋・陸上探査ケーブル、地震波探査ケーブルなど。
・民生用電子機器用ケーブル：ヘッドホンケーブル（難燃性） データケーブル 携帯電話の充電、オーディオケーブル、USBケーブル、コンピューターアクセサリケーブルなどに使用できます。
・エネルギーおよび産業用ケーブル：コンピュータCNCケーブル、風力発電ケーブル、鉱業用ケーブル、電力エネルギーケーブル。
・有線通信ケーブル：光ファイバーケーブル、被覆線、難燃性が必要。
・医療機器用ケーブル：心電図ケーブル、血中酸素濃度測定ケーブル、電極リードケーブル、マッサージ器ケーブル。
03 TPEおよびTPU電線・ケーブル材料の性能比較
（１）TPUはTPEよりも強度、引張強度、伸び率が優れています。TPUの引張強度は天然ゴムや合成ゴムの２〜３倍で、曲げ抵抗も良好です。耐摩耗性も良好で、タバー摩耗値はプラスチックの中で最小の0.35〜0.5mgなので、表面破壊抵抗も良好です。
（２）TPEとTPUの感触とソフト性能：TPEは0度から99Aまでの広い範囲で硬度と柔軟性を調整できますが、TPUの硬度範囲は60～95Aで、硬度が85Aを超えても弾性を維持します。これは他のエラストマーにはない特徴であり、TPUは高い荷重支持能力と優れた吸引および排出効果を備えています。両者の感触は硬度範囲によって大きく異なり、要求に応じてさまざまな場面に適応します。TPEは高硬度の場面で大きな弾性損失があります。
（３）ポリエーテルTPUとTPEは耐水性に優れているが、ポリエステルTPUは耐水性に劣る。TPUはTPEよりも耐油性に優れている。
（４）ポリエステルTPUの耐紫外線性は比較的低く、黄変しやすい。ポリウレタンハードセグメントのベンゼン環と芳香族硬化剤がカルボン酸エステルと共役しているため、酸化と再配列が起こり、発色基を持つキノン構造が形成され、ポリマーセグメントに不飽和結合が生じる。紫外線の作用により、変色反応に必要な「フリーラジカル」エネルギーが供給され、ほとんどのポリマーの化学結合を破壊するのに十分なエネルギーが供給され、自動酸化反応が引き起こされ、劣化や劣化が生じる。
ポリエーテルTPUの黄変耐性はポリエステルTPUよりも優れています。改質後、耐紫外線性を向上させることができ、1～2年以内に黄変しないことが保証されます。TPEの耐紫外線性は一般的にTPUよりも優れているため、耐変色性に関してはTPEはTPUよりもはるかに優れています。
まとめると、ポリエーテルTPUは、耐加水分解性、耐カビ性、高弾性、低温性能に優れている。一方、ポリエステルTPUは、高引張強度、柔軟性、耐摩耗性、耐溶剤性、耐酸化性、耐高温性に優れている。
04 TPEおよびTPU電線・ケーブル材料の加工・成形とコスト比較
TPEとTPUの電線・ケーブル材料の加工・成形に関する比較：
（１）TPUは吸水性が非常に高いため、加工前に100℃で3～4時間乾燥させる必要があるが、TPEは70～80℃で2時間乾燥させる。
（２）押出機に対するTPUの要件。L/D比が20～30、圧縮比が2～4の単軸三段押出機がTPU加工に適しています。スクリューと材料パイプ間のギャップは約0.1～0.2mmです。最適なスクリュー設計では、激しい摩擦や過熱を避け、材料の分解やひび割れを防ぎ、製品の機械的特性の低下を回避する必要があります。
スクリューの回転速度は、スクリューの直径によって決まります。TPUは加熱や切断に弱いため、回転速度が速すぎると容易にひび割れが発生します。逆に回転速度が遅すぎると、滞留時間が長くなりひび割れの原因となります。一般的に、スクリューの回転速度は25～60rpmの範囲に設定されますが、TPEの場合は比較的緩い押出機が必要です。
（３）TPUを開始する前に、スクリュー、マシンヘッド、スクリューシリンダーにデッドコーナーがないことを確認してください。半製品の準備、印刷、デバッグなど、すべての準備が完了していることを確認してください。最終ステップは、ホッパーを引いて材料をスクリューに放出する前に、実際に完成品を開くことです。機械の起動初期段階では、ゴムがスクリューに滞留する時間を最小限に抑えるようにしてください。材料が排出された後、機械は5分以内にすぐに起動します。この重要な期間は、最初に適切に処理する必要があります。順序に注意すれば、半分の労力で2倍の結果が得られます。
（４）TPEはせん断に弱く、長時間放置しても容易に分解しない。比較的加工しやすい。
TPEとTPUの電線・ケーブル材料の加工コストの比較：
（１）TPE素材とポリエステルTPUのコストに大きな差はない。ポリエステルTPUの方が若干高いが、ポリエーテルTPUのコストは比較的高い。
（２）３つはTPE密度が最も低く、次いでポリエーテルTPU密度、ポリエステルTPU密度が最も高く、TPEの使用コストが最も低い。
TPEとTPUの基本的な特性と材料加工技術を比較すると、それぞれに長所と短所があります。しかし、国内のTPUとTPEの産業チェーンを分析すると、TPEの原料市場はより安定していて便利である一方、TPUの生産原料のほとんどは輸入に依存しており、国内の生産プロセスは比較的遅れているため、製品の安定性を確保するのは困難です。各メーカーの原料特性はかなり異なっています。エラストマー業界の同業者は、用途開発や改良開発を円滑に進めるために、これらの点を十分に理解する必要があります。
材料の内部構造を詳細に調査し、性能変化をリアルタイムで監視し、安定性を継続的に確認することで、過酷な海域における電線の適合性と耐久性が実証されました。将来を見据えると、海底送電線の材料と構造の継続的な改良は、海洋資源の採掘と利用のためのより強固な基盤を築くことになるでしょう。
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