• الاستومرهای ترموپلاست TPE و TPR

    الاستومرهای ترموپلاست TPE و TPR

    مقدمه

    تعریف رسمی یک لاستیک یا الاستومر ترموپلاست (TPE) به این صورت است "یک مخلوط یا ترکیب پلیمری که بالای دمای ذوب خود، ویژگی ترموپلاستیک آن اجازه می دهد که قادر به شکل پذیری باشد و در بازه دمای طراحی شده اش دارای رفتاری الاستومری بدون شبکه ای شدن در هنگام ساخت باشد. این فرایند قابل برگشت بوده و محصول آن را می توان دوباره تحت فرایند قرار داد و قالب گیری کرد.

    ویژگی ها

    با اینکه TPE ها ترموپلاست هستند، ویژگی هایی شبیه به لاستیک های شبکه ای از خود نشان می دهند. یک نشانه کلیدی این مواد مقدار نرمی یا سختی آنها با توجه به مقیاس دورومتر Shore است.مانند لاستیک شبکه ای، TPE ها نیز به صورت ژل بسیار نرم با 20 Shore OO تا 90 Shore A موجودند که در این نقطه به مقیاس Shore D وارد شده و می توان آنها را طوری فرموله کرد که مقدار سختی آنها تا 85 Shore D باشد که نشان دهنده ماده ای با سختی بسیار بالا است.

    به علت صرفه جویی در هزینه ها، طراحان به طور روزافزون از TPE ها استفاده می کنند، چرا که می توان آنها را توسط دستگاه های فرم دهی پلاستیک ها نیز تغییر شکل داد. لاستیک معمولی، طبیعی یا سنتزی، یک ماده ترموست است که باید تحت یک واکنش شبکه ای شدن شیمیایی در حین قالب گیری یا اکستروژن قرار گیرد که به این فرایند پخت یا ولکانیزه کردن می گویند. به علت این واکنش، لاستیک ها معمولا در تجهیزات ترموپلاست استاندارد شکل پذیر نیستند. زمان لازم برای کامل شدن واکنش ولکانیزه شدن به فاکتورهای مختلفی بستگی دارد، با این حال به طور معمول بین یک دقیقه تا چندین ساعت به طول می انجامد. از طرف دیگر، فرایندهای قالب گیری و اکستروژن ترموپلاست استفاده شده برای TPEها، مرحله شبکه ای شدن را انجام نداده، و زمان چرخه آنها بسیار سریع است که می تواند حتی 20 ثانیه باشد.فشارهای محیطی و هزینه ها نیازمند این است که مواد قابل بازیافت باشند، تراشه های TPE در هنگام فرایند، قطعات برگشتی و محصولات کهنه را می توان به راحتی دوباره تحت فرایند قرار داد، در حالی که بیشتر الاستومر های ترموست تبدیل به زباله می شوند.

    فواید دیگر TPE ها نسبت به لاستیک های ترموست شامل رنگ پذیری عالی و چگالی کم تر می شود.

    Teknor Apex یکی از گسترده ترین انواع ترکیبات TPE را تولید می کند. این محصولات تحت شش نام تجاری عرضه می شوند که نشان دهنده تکنولوژی های مختلف هستند؛ از جمله دی- و تری- بلوک کوپلیمرهای بلوکی استایرن هیدروژنه شده (Tekron, Elexar,Monprene)، مخلوط های پلی الفین ترموپلاست (Telcar)، ولکانیزه های ترموپلاست (Uniprene) و ترکیبات طراحی شده برای پیوند خوردن به سوبسترا های قطبی متنوع (Tekbond).

    دلایل رشد سریع Teknor Apex TPE در بین مواد پلاستیکی:

    • TPEها یک دسته منحصر به فرد مواد مهندسی هستند که طاهر،حس و الاستیک بودن لاستی های ترموست را همراه با بازده خوب شکل دهی پلاستیک ها دارند.
    • شکل دهی مذاب TPE هاآنها را برای قالب گیری تزریقی و اکستروژن به مقدار زیاد مناسب می نماید. همچنین می توان آنها را بازیافت کرد.
    • به عنوان الاستومر، TPE ها خاصیت الاستیکی بسیار خوبی دارند. گستره درجه های مختلف ما دارای ویژگی های لاستیک مانند بوده و بازه گسترده بزرگی از دورومترها، فشردگی کم و افزایش طول بالا را شامل می شود.

    ویژگی های اصلی

    مقاومت خستگی خمشی عالی

    ویژگی های الکتریکی خوب

    مقاومت پارگی و خوردگی خوب

    مقاومت نسبت به دماهای پایین و بالا

    از -30 تا +140 درجه سانتی گراد

    استحکام برخوردی بالا

    رنگ پذیری

    چگالی نسبی پایین

    قابل بازیافت

    مقاومت شیمیایی و آب و هوایی عالی

    فشردگی کم

    تزریق هم زمان و اکستروژن هم زمان با پلی الفین ها و برخی پلاستیک های مهندسی

     

     

    گرید های موجود در صنعت TPE

    هفت گروه TPE به صورت تجاری وجود دارد که به ترتیب تقریبی افزایش قیمت لیست شده اند:

    1) کوپلیمر های بلوکی استایرنی (TPE-S) SBS بر پایه کوپلیمرهای بلوکی دو فازی دارای بخش های نرم و سخت وجود دارند.بلوک های انتهایی استایرنی خواص ترموپلاستی را به وجود می آورند و بلوک های بوتا دی ان وسطی خواص الاستومری را فراهم می کنند. SBS احتمالا بزرگترین بخش تولیدات TPEها را تشکیل می دهد و معمولا در تولید کفش، چسب ها، بهبود قیر و درزگیرها و دستگیره های تخصصی که نیاز به مقاومت شیمیایی و طول عمر زیاد دارند، استفاده می شود. اگر SBS هیدروژنه شود تبدیل به SEBS می شود، با حذف پیوند دوگانه C=C در بخش بوتا دی ان، اتیلن و بوتیلن های بلوک میانی تولید می شود.SEBS ویژگی هایی از قبیل مقاومت حرارتی بسیار بهبود یافته، خواص مکانیکی و مقاومت شیمیایی، دارد. محصولات Monprene ®، Tekron ® و Elexar ® از Teknor Apex مثال های خوبی از کوپلیمرهای بلوکی استایرنی هیدروژنه هستند.

    2) پلی الفین های ترموپلاست (TPE-O یا TPO) این مواد مخلوطی از پلی پروپیلن (PP) و لاستیک غیر شبکه ای EPDM هستند، در بعضی موارد درجه کمی از شبکه ای شده برای افزایش مقاومت حرارتی و خواص فشردگی، وجود دارد. از آنها برای کاربردهایی استفاده می شود که نیاز به سختی بیشتر نسبت به کوپلیمرهای رایج PP وجود دارد، مثل سپر و داشبورد خودرو.

    از لحاظ تاریخی این محصولات مخلوط مکانیکی دو پلیمر بودند، Telcar® از Teknor Apex یک نمونه از این نوع از TPE-Oها است. با این حال با تکنولوژی کاتالیزور جدید در حال حاضر امکان ترکیب EPDM و PP در راکتور وجود دارد، بنابراین این نوع از TPE ها در حال حاضر از طرف تولید کنندگان عمده پلیمر موجود است. این محصولات برای کاربردهای با حجم بالا و هزینه پایین مناسب هستند، با این حال هنوز یک بازار برای مخلوط های مکانیکی TPE-O سفارشی وجود دارد.

    3) ولکانیزات های ترموپلاست (TPE-V یا TPV) این مواد گام بعدی در عملکرد پس از TPE-Oها هستند. این مواد نیز ترکیبات PP و لاستیک EPDM هستند، با این حال آنها به صورت پویا در طول مرحله ترکیب ولکانیزه شده اند. آنها رشد در جایگزینی EPDM  برای درزگیر خودرو، درزگیر لوله، و کاربردهایی دیگر که در آن مقاومت در برابر حرارت تا 120 درجه سانتی گراد مورد نیاز است،داشته اند. مقدار سختی Shore در محدوده 45A تا 45D می باشد. سری محصول Uniprene ® از Teknor Apex یک مثال بسیار خوبی از مواد TPE-V است و با سختی های 15 Shore A تا 50 Shore D موجود است. محصول Uniprene XL با پیشرفت های بزرگ در مقاومت فشرده سازی طولانی نسبت به مواد TPE-V استاندارد، حد بالای دما را به 140 درجه سانتی گراد افزایش می دهد.

    تعدادی از TPE-Vهای جدید در حال معرفی هستند، به نام "سوپر TPV ها" که پایه آنها پلاستیک های مهندسی مخلوط با الاستومرها با کارایی بالا بوده که می تواند تا حد زیادی مقاومت حرارتی و مواد شیمیایی را بهبود دهد.

     

    4) پلی یورتان های ترموپلاستیک (TPE-U و یا TPU) این مواد دارای انواع پلی استر و یا پلی اتر یورتان بوده و در محصولاتی کاربرد دارند که نیاز به استحکام پارگی بسیار عالی ، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خستگی خمشی دارند مثالها عبارتند از کفی کفش، کمربندهای صنعتی، چکمه های اسکی، و سیم و کابل. سختی به حد بالای مقیاس Shore محدود می شود، به طور معمول بیش از 80 Shore A.

     

    5) کوپلی استر های ترموپلاستیک (TPE-E و یا COPE یا TEEE) این مواد زمانی استفاده می شود که در آن مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت در برابر حرارت تا 140 درجه سانتی گراد مورد نیاز است. آنها همچنین مقاومت در برابر خستگی و استحکام پارگی داشته و بنابراین در کاربردهای خودروسازی مانند صندوق عقب، سیم و کابل و شلنگ صنعتی استفاده می شود. دوباره سختی به حد بالا محدود است و معمولا بین 85A تا 75D می باشد.

     

    6) لاستیک مذاب قابل شکل گیری (MPR) برای کاربردهای نیازمند به مقاومت شیمیایی، به خصوص مقاومت در برابر روغن و گریس، که در آن MPR جایگزین لاستیک های نیتریل شبکه ایمنی باشد، طراحی شده است. این ماده نیز دارای خواص مشابه به لاستیک ولکانیزه درکاربردهای کاهش تدریجی نویز و ویژگی های آرامش استرس می باشد. کاربردهای MPR شامل قطعات خودرو، مانند نوار آب و هوا و دستگیره ها، که در آن یک اتصال خوب به PVC، پلی کربنات، و یا ABS مورد نیاز است، می شود. مقادیر مجموعه فشرده سازی هنوز برای ترموست الاستومرها بسیار بیشتر است، به طوری که نفوذ به بازار درزگیر عملکرد بالاتر محدود شده است.

     

    7) پلی اتر های بلوک آمید ترموپلاستیک (TPE-A) این محصولات مقاومت حرارتی خوب، مقاومت شیمیایی خوب و اتصال به پلاستیک های مهندسی پلی آمیدی خوبی از خود نشان می دهند. کاربردهای آنها شامل پوشش کابل و قطعات هوافضایی می شود.

     

     

    انواع پلیمری

    TPE-S Styrenic block copolymer

    MPR Melt Processable Rubber

    TPE-O Thermoplastic Olefinic elastomer

    TPE-E Thermoplastic Polyester Elastomer

    TPE-V Thermoplastic Vulcanisate

    TPE-A Thermoplastic Amide Elastomer

    TPE-U Thermoplastic Polyurethane elastomer

     

     

    با توجه به طیف گسترده ای از انواع TPE موجود در بازار و گستره در حال گسترش کاربردهای آن، بسیار مهم است که طراحان و متخصصان محصولات با استفاده از انواع TPEها پهلو به پهلو با نوآوری های اخیر تامین کنندگان صنعت باقی بمانند. در زیر تنها یک تصویر کلی از آنچه می توان با مواد TPE به دست آورد، آمده است و ما به شدت توصیه می کنیم که خوانندگان برای تماس با   Chem Polymer/Teknor Apex مراجعه کرده و به بحث در مورد کاربردهای مورد نظر خود پرداخته و بهترین پیشنهادهای موجود را دریافت کنند.

    ویژگی های فیزیکی

    • استحکام کششی 0.5 - 2.4 N/mm² 
    • استحکام ضربه برشی  no break Kj/m²
    • ضریب انبساط حرارتی 130 x 10-6
    • حداکثر دمای استفاده مداوم تا 140 oC 
    • چگالی 0.91 - 1.3 g/cm3 

     

    مقاومت در برابر مواد شیمیایی

    • اسید رقیق ****
    • باز رقیق ****
    • روغن ها و گریس ها ****
    • هیدروکربن های آلیفاتیک ****
    • هیدروکربن های آروماتیک **
    • هیدروکربن های هالوژنه **
    • الکل ها ****

    کلید

    *

    ضعیف

    **

    متوسط

    ***

    خوب

    ****

    خیلی خوب

     

    مطالعات موجود

    کاربردهایی نمونه از طیف وسیعی از مواد در زیر نشان داده شده:

    سیم و کابل

    ترکیبات Elexar® TPE-Sیک خانواده با کیفیت از ترکیبات الاستومر هستند که به طور خاص سیم و کابل، فیبر نوری و کاربردهای الکتریکی را هدف قرار داده اند. ترکیب منحصر به فرد فرآیندپذیری، عملکرد، سفارشی سازی و خواص، آنها را انتخاب اول مهندسین طراحی و پردازنده ها ساخته است.

    ابزار دستی و برقی

    الاستومر های Monprene ® و Tekbond®  یک نام تجاری ویژه از TPE هستند  که برخی مزایای متمایز دارند. ترکیب منحصر به فرد خود قابلیت اتصال به طیف گسترده ای از سوبستراها، فرآیندپذیری، عملکرد، و خواص، آنها را به انتخاب اول بسیاری از مهندسین طراحی و پردازنده ها تبدیل کرده است.

    خودکار

    Monprene ® و Tekbond® TPEها یک سری از ترکیبات الاستومر اختصاصی هستند که ما را قادر می سازد که قالب ریزی چندباره روی ترموپلاست های مهندسی انجام شده، ویژگی های لمسی و ظاهری بهبود یابند و عملکردی مانند مقاومت در برابر چربی پوست به وجود آید. بنابراین این مواد کیفیت هر محصول نوشتاری را افزایش می دهند.

    روکش کیسه های هوا

    Tekron® ویژگی های حسی و انعطاف پذیری لاستیک را داشته، در حالی که مزایای حمل و نقل آسان برای کاربر نهایی را نیز فراهم می آورد. این سری از ترکیبات از Teknor Apex دارای طیف گسترده ای از گواهینامه ها برای روکش کیسه هوا داشته و قادرکار در -35 درجه سانتی گراد می باشد، در حالی که نیاز به رنگ آمیزی مانند مواد COPE ندارد.

    دسته و دستگیره

    لاستیک های ترموپلاستیک Telcar ® طیف گسترده ای از مزایای عملکردی مانند ظاهر لاستیکی و پخت هوای گرم تا 125 درجه سانتیگراد، استحکام پارگی عالی، مقاومت در برابر ازن و هوا، مقاومت در برابر مایعات مثل اسیدها، بازها و سایر مایعات آبی ارائه می کند.

    پلاگ، درزگیر و دسته

    Uniprene® یک ترموپلاست ولکانیزات با طراحی ویژه (TPV) است.این ماده مانند EPDM پخته عمل کرده و سطح آن مانند لاستیک است، اما با سهولت و سرعت یک افین ترموپلاستیک شکل می گیرد (TPO). Uniprene® TPV ها دارای خواص مکانیکی و بازیافتی قابل مقایسه با بسیاری از الاستومرها ولکانیزه داشته و در عملکرد نسبت به بیشتر الاستومر ترموپلاست (TPE ها) برتر می باشند. Uniprene XL مرزهای عملکرد را عقب می زند. لطفا برای جزئیات بیشتر زیر را ببینید.

    تاریخچه الاستومرها/لاستیک های ترموپلاستیک (TPR / TPE)

    اولین الاستومر ترموپلاست در سال 1959 در دسترس قرار گرفت و از آن زمان مجموعه ای از انواع مختلفی  از این مواد در دسترس قرار گرفته است. شش گروه اصلی TPE در بازار وجود دارد. کوپلیمرهای استایرنی بلوکی (TPE-S)، مخلوط های پلی اولفین (TPE-O)، آلیاژهای الاستومری، پلی یورتان های ترموپلاست(TPE-U)، کوپلیمرهای ترموپلاست (TPE-E) و پلی آمید ترموپلاست (TPE-A).