熱可塑性加硫物

熱可塑性加硫ゴム( TPV ) は熱可塑性エラストマー(TPE)の一種で、製造中に加硫処理され、最終製品にエラストマー特性を与えます。加硫ではポリマー鎖が架橋され、強度、耐久性、柔軟性が向上します。熱可塑性であるため、TPV は従来の加硫ゴムとは異なり、何度も溶かして再加工することができます。自動車、家電、電気、建設、医療の各分野で、世界中で 100 種類近くの TPV グレードが使用されています。

モンサント社は 1977年にこれらの材料をサントプレンという名前で商標登録しました。 ^[1]現在、この商標はセラニーズ社が所有しています。同様の材料はエラストロン社^[2]などからも入手可能です。 ^[3]

熱可塑性加硫物は、1962 年に AM Gessler と WH Haslett によって初めて報告されました。^[4] 1973 年に WK Fisher は、過酸化物を架橋剤として使用したポリプロピレンおよび EPDM ゴムベースの TPV に関する以前の研究を通じて、動的加硫プロセスを報告しました。これにより、「Uniroyal TPR」熱可塑性ゴムが商品化されました。 ^{[5] [6]} TPV は、熱可塑性マトリックスと加硫ゴムのブレンドであり、両方の特性を兼ね備えています。圧縮性、張力セット、老化性能、耐薬品性などのエラストマー特性の組み合わせが TPV の特徴です。TPV は TPE ポリマー ファミリーの一部ですが、エラストマー特性の点では EPDM 熱硬化性ゴムに近い挙動を示します。

開発中の製品の最初の販売は1977年に始まり、同年、TPVはモンサント社によってサントプレンとして登録され、^[1] 1981年に完全に商品化されました。^[7]

サントプレン TPV は、ラック アンド ピニオンブーツなど、自動車分野で早期に成功を収めました。これは、その屈曲寿命、耐流体性、および密閉性によって促進されました。家電分野では、食器洗い機の排水ブーツが開発され、サントプレン TPV が密閉性と耐熱性および耐流体性を提供しました。サントプレン TPV は、住宅および高層建築分野でも、窓シール、キャスター ホイール、チューブ、小型ホース部品、電気コネクタ、および電線およびケーブルのコーティングなどの用途で成功を収めました。また、医療業界では、注射器プランジャーのガスケットに使用されました。

Santoprene TPV は、主にポリプロピレン (PP) マトリックスに封入された完全に硬化した EPDM ゴム粒子で構成される動的加硫ポリマーアロイです。

原子間力顕微鏡と走査型電子顕微鏡を使用して撮影した写真には、通常、直径が数ミクロン以下の多数の非常に小さな粒子が写っています。これらの粒子は、熱可塑性相 (Santoprene TPV グレードの場合はほとんどの場合 PP) 内の完全に加硫されたゴム (ほとんどの Santoprene TPV グレードでは EPDM ゴム) です。完全に架橋または加硫されているとは、98% 以上を意味し、形態が「固定」されているため、安定した物理的特性が得られます。

熱可塑性加硫物の特性は次のとおりです。

• 硬度：配合に応じて、典型的な範囲は30〜90ショアA以上です。^[8]
• 引張強度：通常は5～20MPaですが、配合や加工条件によって異なります。^[8]
• 破断伸び：長さの3倍（300％）まで伸びます。^[8]
• 圧縮永久歪み：範囲は10～30％で、変形後の大きな回復を反映しています。^[8]
• 熱安定性：使用温度範囲は、配合に応じて-40℃～120℃（-40℉～248℉）です。^[8]
• 耐薬品性：油、溶剤、多くの化学物質に対して耐性があるが、配合によって異なる。^[8]
• 吸水率：24時間浸漬後でも1％未満となることが多い。^[8]
• 可燃性：多くの場合自己消火性であるが、特定の添加剤によって変化することがある。^[8]
• 加工能力：射出成形や押出成形などの標準的な熱可塑性加工方法を使用して加工できます。他のポリマーとの共加工には、多部品システム設計のための共押出、成形、ブロー成形が含まれます。^[8]
• リサイクル性：再加工・リサイクルが可能。^[8]
• 密度：設計の最適化と材料の置き換えによって密度を下げることができます。^[8]
• シール性能：部品の寿命全体にわたって寸法安定性と物理的特性を兼ね備えた長期耐久性。^[8]
• カラー：ブラック^[8]

市販の TPV グレードは、硬度 35 Shore A から 50 Shore D までの範囲で、幅広い特定のエンジニアリング アプリケーション向けに設計できます。

熱可塑性加硫は、半動的および静的部品の熱硬化性ゴム材料の軽量代替品として、ウェザーシール用に商業的に使用されています。ボンネット下や車両下部の用途では、その密閉性能と、極端な温度、化学物質への暴露、および過酷な環境に対する耐性により、エアダクト、チューブ、成形シール、グロメット、サスペンションベローズ、ケーブルジャケット、プラグ、バンパー、およびその他の多くの部品に最適です。

商業用グレージングシールでは、TPV はカーテンウォール、店頭、建築用窓、天窓のウェザーシール用途に使用できます。また、窓やドアのシステムの寿命中、空気や水の浸入率が低いため、住宅用グレージングシールにもよく使用されます。

その他の用途としては、橋のデッキ、駐車場、止水栓、レールパッド、道路建設プロジェクト、鉄道建設プロジェクトなどがあります。TPV は、曲げ疲労、過酷な温度、化学薬品に耐性のある耐久性のあるシール、ガスケット、グロメットの製造に使用できます。また、パイプシール、橋の伸縮継手やカーテンウォール、飲料水用部品、下水道や排水用のパイプシールなど、さまざまなシーリング用途にも使用できます。

TPV の一部は、洗濯機、乾燥機、食器洗い機、冷蔵庫、小型家電、床掃除用品に商業的に使用されています。その他の用途としては、ポンプ シール、ホース、カップリング、振動ダンパー、ドラム ローラー、ノブ、コントロールなどの部品があります。

市販の TPV は、配線コネクタに使用され、電気抵抗と熱抵抗を備えた防水シール、高電圧用途の絶縁、および -60 °C までの温度での使用が必要な部品の製造に使用されます。防水シールが必要な用途では、TPV によりコネクタをケーブルジャケットにインサート成形して、一体化した単一の部品を製造することができます。

また、民生用の電線やケーブルのほか、絶縁材やジャケットを含む産業用電線やケーブルコネクタ、低電圧産業用ケーブルの用途にも使用されます。

短時間の乾燥期間の後、TPV ペレットは自動的に成形機または押し出しラインに送られます。部品を金型内で硬化させる必要がないため、サイクル時間はゴムに比べて大幅に短くなります (2 ～ 3 分)。TPV 部品が冷却されると (約 30 秒)、金型から取り出すことができます。

市販のTPVの中には、射出成形、ブロー成形、押し出し成形などの従来の熱可塑性プロセスを使用して加工できるものもあります。TPV部品の製造はゴムに比べてそれほど複雑ではありません。市販のTPVの中にはすぐに使用できるものもあり、補強用充填剤（カーボンブラック、鉱物充填剤）、安定剤、可塑剤、硬化システムなどの他の成分を配合する必要はありません。^{[9] [10]}

ゴムの加工と比較すると、TPV の熱可塑性加工ではサイクルタイムが短くなり、1 時間あたりの部品生産量が増え、加工中に発生したスクラップを再利用することができます。これらの特性により、ゴムに比べてコスト削減、ツール/機械の削減、スクラップ コストの低減、材料物流コストの最適化が実現します。

射出成形: TPV は、従来の熱可塑性樹脂射出成形装置を使用して、熱硬化性ゴムに比べてサイクル時間を短縮して加工できます。この柔軟性により、アンダーカットを使用する金型設計の自由度が高まります。

インサート成形: この方法は、あらかじめ成形された基板を金型に配置し、その周囲または上に TPV を注入することで構成されます。インサートと TPV が適合する材料である場合、2 つの材料の界面で溶融結合が発生します。この結合の強度は、界面温度、インサートの清潔さ、TPV の溶融温度など、いくつかの要因によって影響を受けます。

2 ショット射出成形: TPV は、複数のマルチショット射出成形プロセスを通じて他のポリマーと組み合わせることができます。複数の材料を組み合わせることで、ハード/ソフトの組み合わせなど、さまざまな部品用途を実現できます。このプロセスでは、各サイクルで完成部品と基板の両方が生成されます。2 ショット成形は、基板の取り扱いが不要なため、インサート成形よりも効率的です。

ブロー成形: Santoprene TPV は、単層、多層、交換ブロー、シーケンシャル 3D、吸引ブロー、フラッシュレス押し出しブロー、射出ブロー、およびプレスブロー成形プロセスでブロー成形できます。

押し出し: TPV は、単一または複雑なプロファイルに簡単に押し出すことができます。これらの材料は共押し出しして、剛性コンポーネントと軟質コンポーネントの両方を備えた部品を生成することもできます。

熱成形: TPV の熱成形特性は、アクリロニトリル ブタジエン スチレン(ABS) ゴムの特性と似ており、優れた溶融強度を示します。これにより、加熱中に均一で予測可能なたわみ特性が得られます。熱成形部品用のシートを製造する場合、着色性、耐衝撃性、耐候性、耐薬品性、滑り止め、外観と感触のマットな表面など、一部の市販 TPV の主要な特性を維持できます。

市販のTPVを使用すると、加工中に発生するスクラップをリサイクルできるため、製造プロセス全体の廃棄物の削減に貢献できます。2013年の出版物によると、リサイクルされた材料は、古い部品からのものであっても、新品の材料とほぼ同等の特性を示します。^[11]

TPV の最も重要な利点の 1 つは、リサイクルの可能性です。従来の熱硬化性ゴムとは異なり、熱可塑性加硫ゴムには次のような利点があります。

• 複数回再処理
• 新しい製品にリサイクル
• 閉ループ製造システムで使用され、
• 新しい用途のためにバージン材料とブレンドされています。

記事によると：

• 自動車のラックとピニオン ギアの保護ブーツのテストの結果、古い TPV は新しい素材よりも物理的および機械的特性がわずかに劣っていることがわかりました。素材の特性維持能力を示す主要な指標の一部は、大幅に変化しませんでした。たとえば、空気および油による劣化後も、新しい TPV と古い TPV の特性はほぼ同じでした。圧縮永久歪みも、実質的に同じままでした。
• 新旧の自動車用二次屋根プロファイルの外部表面と内部表面の色の変化 (デルタ E) を測定したテストの結果、TPV 素材の色の変化はわずかであることが示されました。プロファイルの表面に放射線による劣化の跡があるかどうかを調べた他のテストでは、外観は均一であることが示されました。
• 新旧の自動車用ガラスラン チャネル プロファイルを比較したテストでは、シール性能の重要な指標である引張応力-ひずみ特性に大きな違いはありませんでした。

• VP-scientific.com の Santoprene の耐薬品性
• エクソンモービル サントプレン熱可塑性加硫 (TPV)
• AMCOポリマーズ、サントプレンTPV材料の北米販売代理店[1]