TPEおよびTPUワイヤおよびケーブル材料の性能比較と応用
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熱可塑性エラストマーは現在、多くの人に好まれている ワイヤーとケーブル 高い弾力性、柔軟性、滑らかな感触といった利点から、多くの工場で使用されています。PVC素材は多くの用途で制限されているため、熱可塑性弾性素材が積極的に推進されています。
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。特にTPEとTPUに代表される難燃性熱可塑性エラストマーは、消費財のデータライン、新エネルギー充電パイルシースラインや絶縁ライン、車載高圧ラインなどに広く利用されています。
しかし、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課題が残っています。例えば、友人からTPEとTPUの違いについてよく質問されます。本稿では、主に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、そしてその用途について簡単に解説します。
01 電線・ケーブル分野におけるTPEの応用
TPEは、SEBSをマトリックス樹脂とする熱可塑性エラストマーを指します。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す。
SEBS、すなわちSBS中の二重結合は水素化によって飽和されているため、SEBSは耐候性、耐熱性、耐圧縮変形性に優れ、機械的性質も優れています。
（1）SEBS製品は、優れた電気絶縁性能、無毒性、耐候性、耐老化性、優れた柔軟性、高い強度、広い温度範囲を有しています。電線・ケーブルの外皮や絶縁テープなどの優れた材料であり、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、コンピュータケーブルなど）の分野では、PVC を置き換えることが一般的な傾向になっています。
（２）消費性電子製品は更新が速く、耐用年数が短いという特徴があり、消費のアップグレード時代の到来とともに、SEBS関連製品はこの業界において大きな発展の余地がある。
国内外のケーブル耐火性と環境保護性能に対する需要の高まりに伴い、人々の消費レベルは向上し続けており、高性能難燃SEBS製品がケーブルに取って代わる傾向にあります。このケーブル PVCやCPEなどの基材へのSEBSの適用は今後ますます顕著になり、将来の応用展望は広範です。現在、SEBSの難燃性改質と高性能化に対する市場需要は大きくなっています。
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 材料には主に導電性 TPE、帯電防止 TPE、TPE 絶縁材料、照射架橋 XLTPO、高反発性 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熱可塑性ポリウレタンエラストマーは、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の反応によって生成される直鎖ブロック共重合体です。一方は主にポリウレタン系材料であり、もう一方は主にポリエーテル系材料です。
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PUを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PUをハードセグメントとして用いる。
ワイヤーおよびケーブルにおける TPU エラストマーの用途は、主に以下の分野です。
·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、充電パイル難燃性シースケーブルなど。
・地理探査ケーブル：油田・海洋・陸上探査ケーブル、地震波検出ケーブルなど。
·民生用電子機器用電線：ヘッドフォンケーブル（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、コンピュータアクセサリケーブルなどに。
·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。
・医療機器ケーブル：心電図ケーブル、血中酸素検出ケーブル、電極リードケーブル、マッサージ器ケーブル。
03 TPEとTPUの電線・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、TPUは耐屈曲性に優れています。耐摩耗性も優れており、テーバー摩耗値は0.35～0.5mgで、プラスチックの中で最も小さいため、皮膚の破れに強いです。
（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以上でも弾力性を維持します。これは他のエラストマーにはない特性で、TPUは高い荷重支持能力と優れた吸排効果を備えています。硬度範囲によって両者の感触は大きく異なり、要求に応じてさまざまな場面に適応します。TPEは高硬度の場合、弾性損失が大きくなります。
（３）ポリエーテルTPUとTPEは耐水性に優れていますが、ポリエステルTPUは耐水性が低く、TPUはTPEよりも耐油性に優れています。
（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、酸化と転位が起こり、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形成される。紫外線の作用下では、エネルギー源である「フリーラジカル」が変色反応に供給され、これが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となり、自動酸化反応を引き起こし、老化や劣化を引き起こす。
ポリエーテルTPUの黄変性能はポリエステルTPUよりも優れています。改質により耐紫外線性が向上し、1～2年で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、TPEの耐変色性は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、低温性能といった利点を有します。ポリエステルTPUは、高い引張強度、柔軟性、耐摩耗性、耐溶剤性、耐酸化性、耐高温性といった利点を有します。
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 および TPU ワイヤおよびケーブル材料の加工と成形の比較:
(1) TPUは吸水しやすいため、加工前に100℃×3～4時間で乾燥する必要があります。一方、TPEは70～80℃×2時間で乾燥します。
（2）TPU押出機の要件。L/D比20～30、圧縮比2～4の単軸三段押出機はTPU加工に適しています。スクリューと材料パイプの隙間は約0.1～0.2mmです。最適なスクリュー設計は、激しい摩擦や過熱による材料の分解や亀裂の発生を防ぎ、製品の機械的特性を低下させるのを防ぐ必要があります。
スクリューの回転速度はスクリュー径によって異なります。TPUはフライやカッティングに敏感なため、回転速度が高すぎるとTPUにひび割れが生じやすくなります。また、回転速度が低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、スクリュー回転速度は25～60rpmの範囲で設定されますが、TPEの場合は比較的緩い押出機が必要です。
（3）TPUを起動する前に、スクリュー、マシンヘッド、スクリューシリンダーが死角なく清掃されている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ます。最後のステップは、ホッパーを引き出して材料をスクリューに排出する前に、完成品を実際に開くことです。機械の起動初期段階では、スクリュー上のゴムの滞留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分以内に急速に起動します。この重要な期間は、初期段階で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倍の効果が得られます。
（4）TPEはせん断に対して敏感ではなく、長期間放置しても分解しにくいため、加工が比較的容易です。
TPE および TPU ワイヤおよびケーブル材料の加工コストの比較:
（1）TPE材料とポリエステルTPUのコストはそれほど変わりません。ポリエステルTPUの方が若干高価ですが、ポリエーテルTPUのコストは比較的高くなります。
（２）この３つはTPEの密度が最も低く、次いでポリエーテルTPUの密度、ポリエステルTPUの密度が最も高く、TPEの使用コストが最も低い。
TPEとTPU材料の基本特性や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・TPE産業チェーンを分析すると、TPE原料市場チャネルはより安定的で利便性が高いのに対し、TPU生産原料の大部分は輸入に依存しており、国内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ことが困難です。各メーカーの原料特性は大きく異なっており、エラストマー業界の関係者は、応用開発や改質開発を円滑に進めるために、これらの特性を十分に理解する必要があります。
材料内部構造の徹底的な探査、性能変化のリアルタイムモニタリング、そして安定性の継続的な特定を通じて、過酷な海域における電線の適合性と耐久性を実証しました。将来を見据えると、海底送電線の材質と構造の継続的な改善は、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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