TPE 및 TPU 전선 및 케이블 소재 성능 비교 및 ​​적용 분야

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열가소성 엘라스토머는 현재 많은 분야에서 선호되고 있습니다. 전선 및 케이블 PVC 소재는 높은 탄성, 유연성, 매끄러운 촉감 등의 장점으로 인해 공장에서 널리 사용되고 있습니다. 하지만 PVC 소재는 여러 상황에서 제약이 따르기 때문에 열가소성 탄성 소재의 사용이 적극적으로 권장되고 있습니다.

지난 15년간 중국에서는 열가소성 엘라스토머의 난연성 개발이 점점 더 활발해졌습니다. 특히 TPE와 TPU와 같은 난연성 열가소성 엘라스토머는 소비재 데이터 라인, 신에너지 충전소 피복선 및 절연선, 차량용 고전압선 등에 널리 사용되고 있습니다.

하지만 열가소성 엘라스토머의 난연성 연구에는 여전히 많은 객관적인 문제점이 존재합니다. 예를 들어, TPE와 TPU의 차이점에 대해 자주 질문하시는 분들이 있습니다. 본 글에서는 열가소성 엘라스토머인 TPE와 TPU의 특성, 성능 비교 및 ​​전선 및 케이블 소재의 응용 분야에 대해 간략하게 살펴보겠습니다.

01 전선 및 케이블 분야에서의 TPE 적용

TPE는 SEBS를 기지 수지로 하는 열가소성 엘라스토머를 의미합니다. SEBS는 스티렌(S)-에틸렌(E)/부텐(B)-스티렌(S)으로 구성된 블록 공중합체입니다.

SEBS, 즉 SBS의 이중 결합은 수소화에 의해 포화되어 SEBS는 우수한 내후성, 내열성, 압축 변형 저항성 및 뛰어난 기계적 특성을 지닙니다.

(1) SEBS 제품은 우수한 전기 절연 성능, 무독성, 내후성 및 내노화성, 우수한 유연성 및 고강도를 가지며 넓은 온도 범위를 갖습니다. 전선 및 케이블의 외피 및 절연 테이프를 만드는 데 탁월한 재료입니다. 주로 모바일 스마트 단말기, 가전제품 및 기타 분야에 사용됩니다.

현재 저전압 전선 분야(헤드폰 케이블, 충전 케이블, USB 케이블, 오디오/비디오 케이블, 컴퓨터 케이블 등)에서 PVC를 다른 재질로 교체하는 것이 일반적인 추세가 되었습니다.

(2) 소비자 전자 제품은 빠른 업데이트와 짧은 서비스 수명이라는 특징을 가지고 있기 때문에 소비 업그레이드 시대가 도래함에 따라 SEBS 관련 제품은 이 산업에서 발전할 수 있는 큰 가능성을 가지고 있습니다.

국내외에서 케이블의 내화성 및 환경 보호 성능에 대한 요구가 증가하고 소비 수준이 지속적으로 높아짐에 따라 고성능 난연 SEBS 제품으로 교체하는 추세가 나타나고 있습니다.이 케이블 PVC 및 CPE와 같은 기판은 향후 더욱 널리 사용될 것으로 예상되며, 미래 응용 전망은 매우 밝습니다. 현재 SEBS 난연 개질 및 고성능 개발에 대한 시장 수요가 매우 높습니다.

특수 기능 TPE 소재: TPE 소재의 새로운 기술 적용 및 개발에 따라 현재 특수 기능 TPE 소재는 주로 전도성 TPE, 정전기 방지 TPE, TPE 절연 소재, 방사선 가교 XLTPO, 고탄성 TPE, 고난연성 TPE 등을 포함합니다.

02 전선 및 케이블 분야에서 TPU의 응용

TPU(열가소성 폴리우레탄 엘라스토머)는 디이소시아네이트와 고분자 폴리올, 사슬 연장제/가교제 및 소량의 첨가제의 반응으로 생성되는 선형 블록 공중합체입니다. 하나는 주로 폴리우레탄 재질이고, 다른 하나는 주로 폴리에테르 유형입니다.

폴리우레탄은 일반적으로 블록 중합체이며, 장쇄 폴리올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 폴리우레탄을 연질 세그먼트로, 단쇄 디올과 이소시아네이트를 반응시켜 얻은 폴리우레탄을 경질 세그먼트로 사용합니다.

TPU 엘라스토머는 전선 및 케이블 분야에서 주로 다음과 같은 분야에 사용됩니다.

• 자동차 배선 하네스: ABS(잠금 방지 시스템) 배선 하네스, 주행 거리계 케이블, 자동차 통신 케이블, 충전 파일 난연 피복 케이블 등;

•지리 탐사 케이블: 유전/해양/육상 탐사 케이블, 지진파 탐지 케이블 등;

•소비자 전자제품용 전선: 헤드폰 케이블 (난연성) 데이터 케이블 휴대폰 충전 케이블, 오디오 케이블, USB 케이블, 컴퓨터 액세서리 케이블 등;

• 에너지 및 산업용 케이블: 컴퓨터 CNC 케이블, 풍력 발전 케이블, 광산 케이블, 전력 에너지 케이블;

• 통신용 전선 케이블: 광섬유 케이블(외피 전선), 난연성 소재 필요;

• 의료기기 케이블: 심전도 케이블, 혈중 산소 측정 케이블, 전극 리드 케이블, 마사지기 케이블.

03 TPE와 TPU 전선 및 케이블 소재의 성능 비교

(1) TPU는 TPE보다 강도, 인장 강도 및 신장률이 우수합니다. TPU의 인장 강도는 천연 고무 및 합성 고무의 2~3배이며, TPU는 우수한 굽힘 저항성을 가지고 있습니다. 또한 우수한 내마모성을 가지고 있으며, Taber 마모 값은 0.35~0.5mg으로 플라스틱 중 가장 작기 때문에 우수한 표면파괴 저항성을 가지고 있습니다.

(2) TPE와 TPU의 촉감 및 연성 성능: TPE는 0도에서 99A까지 넓은 범위에서 경도와 유연성을 조절할 수 있는 반면, TPU의 경도 범위는 60~95A이며 85A 이상의 경도에서도 탄성을 유지합니다. 이는 다른 엘라스토머에는 없는 특성으로, TPU는 높은 하중 지지 능력과 우수한 흡착 및 배출 효과를 제공합니다. 두 소재는 경도 범위에 따라 촉감이 상당히 다르며, 필요에 따라 다양한 상황에 적응할 수 있습니다. TPE는 고경도에서 탄성 손실이 큽니다.

(3) 폴리에테르 TPU와 TPE는 내수성이 좋지만 폴리에스테르 TPU는 내수성이 좋지 않습니다. TPU는 TPE보다 내유성이 더 좋습니다.

(4) 폴리에스터 TPU의 UV 저항성은 상대적으로 좋지 않고 황변 현상이 발생하기 쉽습니다. 폴리우레탄 경질 세그먼트의 벤젠 고리와 방향족 경화제가 카르복실산 에스테르와 공액되어 산화 및 재배열이 일어나 발색기를 가진 퀴논 구조가 형성되어 폴리머 세그먼트에 불포화 결합이 생성됩니다. 자외선의 작용으로 "자유 라디칼"에 에너지가 공급되어 색 변화 반응을 일으키고 대부분의 폴리머의 화학 결합을 파괴하고 자동 산화 반응을 유발하여 노화 및 열화를 초래합니다.

폴리에테르 TPU의 황변 방지 성능은 폴리에스터 TPU보다 우수합니다. 개질을 통해 자외선 차단 기능을 향상시켜 1~2년 내에 황변 현상이 발생하지 않도록 할 수 있습니다. TPE의 자외선 차단 성능은 일반적으로 TPU보다 우수하므로, 색상 유지력이 뛰어난 소재는 TPE가 TPU보다 훨씬 많습니다.

요약하자면, 폴리에테르 TPU는 가수분해 저항성, 곰팡이 저항성, 높은 탄성률 및 저온 성능 등의 장점을 가지고 있습니다. 폴리에스테르 TPU는 높은 인장 강도, 유연성, 내마모성, 내용제성, 내산화성 및 고온 저항성 등의 장점을 가지고 있습니다.

04 TPE 및 TPU 전선 및 케이블 소재의 가공 및 성형과 비용 비교

TPE와 TPU 전선 및 케이블 소재의 가공 및 성형 비교:

(1) TPU는 수분을 흡수하기 매우 쉽습니다. 가공 전에 100℃*3~4시간 동안 건조해야 하는 반면 TPE는 70~80℃*2시간 동안 건조합니다.

(2) TPU 압출기 요구 사항. L/D 비율이 20-30이고 압축비가 2-4인 단일 스크류 3단 압출기가 TPU 가공에 적합하며 스크류와 재료 파이프 사이의 간격은 약 0.1-0.2mm입니다. 최적의 스크류 설계는 재료의 분해 및 균열을 유발하여 제품의 기계적 특성을 저하시키는 과도한 마찰과 과열을 방지해야 합니다.

스크류 회전 속도는 스크류 직경에 따라 달라집니다. TPU는 열과 절단에 민감하기 때문에 회전 속도가 너무 높으면 TPU에 균열이 발생하기 쉽습니다. 반대로 너무 낮으면 체류 시간이 길어져 균열이 발생할 수 있습니다. 일반적으로 스크류 회전 속도는 25~60rpm 범위로 설정하며, TPE의 경우 비교적 느슨한 압출기가 필요합니다.

(3) TPU 가동 전에 스크류, 머신 헤드 및 스크류 실린더가 구석구석 깨끗하게 청소되었는지 확인하십시오. 반제품 준비, 인쇄 및 디버깅 등 모든 준비가 완료되었는지 확인하십시오. 마지막으로 호퍼를 당겨 스크류로 재료를 배출하기 전에 완제품을 완전히 개봉하십시오. 기계 가동 초기에는 스크류에 고무가 머무르는 시간을 최소화하십시오. 재료 배출 후 5분 이내에 기계가 빠르게 가동됩니다. 이 중요한 초기 단계를 잘 처리해야 합니다. 순서에 주의를 기울이면 절반의 노력으로 두 배의 결과를 얻을 수 있습니다.

(4) TPE는 전단에 민감하지 않고 오랫동안 그대로 두어도 쉽게 분해되지 않습니다. 상대적으로 가공이 더 편리합니다.

TPE와 TPU 전선 및 케이블 소재의 가공 비용 비교:

(1) TPE 소재와 폴리에스터 TPU의 비용은 크게 다르지 않습니다. 폴리에스터 TPU의 비용이 약간 높지만 폴리에테르 TPU의 비용은 상대적으로 높습니다.

(2) 세 가지 모두 TPE 밀도가 가장 낮고, 그 다음으로 폴리에테르 TPU 밀도가 높으며, 폴리에스터 TPU 밀도가 가장 높고, TPE 사용 비용이 가장 낮습니다.

TPE와 TPU 소재의 기본 특성 및 가공 기술을 비교해 보면, 각각 장단점이 있습니다. 그러나 국내 TPU 및 TPE 산업 사슬 분석 결과, TPE 원료 시장 유통망은 비교적 안정적이고 편리한 반면, TPU 생산 원료의 대부분은 수입에 의존하고 있으며 국내 생산 공정이 상대적으로 낙후되어 제품 안정성을 확보하기 어렵습니다. 또한, 각 제조업체별 원료 특성은 상당히 다양합니다. 엘라스토머 업계 관계자들이 이러한 점을 충분히 이해하고 있어야 응용 및 개량 개발을 원활하게 진행할 수 있습니다.

소재의 내부 구조에 대한 심층적인 탐구, 성능 변화의 실시간 모니터링, 그리고 안정성의 지속적인 확인을 통해, 가혹한 해역에서도 전선의 적합성과 내구성이 입증되었습니다. 앞으로 해저 송전선로의 소재와 구조에 대한 지속적인 개선은 해양 자원의 채굴 및 활용을 위한 더욱 견고한 토대를 마련할 것입니다.       

상하이 란성 Cable은 다양한 케이블 요구 사항을 충족할 수 있습니다.