فرایند تولید و کاربرد ترموپلاستیک الاستومرها

در قسمت اول این مقاله انواع ترموپلاستیک الاستومرها و خواص اصلی آن ها مورد بررسی قرار گرفت. اما فرآیند تولید و کاربرد این مواد آنچنان متنوع و گسترده است که بررسی این موارد نیز ضروری است. در این مقاله می توانیم رویکرد مناسبی جهت انتخاب بهترین نوع ترموپلاستیک الاستومر متناسب با کاربرد مورد نظر یافت.

فرآیند پذیری ترموپلاستیک الاستومرها

فرآیند تولید ترموپلاستیک الاستومرها بسیار شبیه مواد ترموپلاستیک سخت است. درک راهکارهای فرآیندی و رفتار رئولوژیکی این پلیمر در دستیابی به قیمت و کیفیت بهینه اهمیت دارد.

  1. بررسی فرآیند پذیری و رئولوژی: رفتار رئولوژیکی چندین ترموپلاستیک الاستومر در شکل ۱ مقایسه شده است. این پلیمرها جریان پذیری متفاوتی دارند. TPU سیال ویسکوز غیر نیوتنی است که از مدل سیال پاورلا پیروی می کنداما درسرعت برش کم، تمایل به رفتار سیال ویسکوز نیوتنی دارد. EPDM/PP TPV با شدت بیشتری و حتی درسرعت برش کم، سیال ویسکوز غیر نیوتنی است که از مدل سیال پاورلا پیروی می کند. این حساسیت برشی بالا، امکان فرآیندپذیری TPV را گسترده تر کرده است. در سیال ویسکوز نیوتنی، تنش با سرعت تغییر شکل به صورت خطی متناسب است.

    شکل ۱: ویسکوزیته چندین ترموپلاستیک الاستومر

    ویسکوزیته مناسب در مقابل محدوده سرعت برش موثر برای سه فرآیند اصلی پلیمر، قالب گیری تزریقی، اکستروژن و قالب گیری دمشی، در شکل ۲ نشان داده شده است.

    شکل ۲: دامنه ویسکوزیته و میزان برش مورد نظر برای فرآیندهای پلیمری

    با توجه به این شکل، نتیجه می گیریم می توان از قالب گیری دمشی برای نمونه های دارای گرانروی بیشتر در محدوده سرعت برشی پایین، فرآیند اکستروژن برای پلیمرهایی با گرانروی متوسط و در محدوده سرعت برشی میانه و قالب گیری تزریقی مناسب پلیمرهای دارای گرانروی کمتر و در محدوده سرعت برشی بالا استفاده کرد. همچنین محدوده مناسب سرعت برشی در هر فرآیند، در این شکل نشان داده شده است.

    فرآیندهای ترموپلاستیک الاستومر برخلاف این فرآیندهای سنتی ولکانیزاسیون لاستیک مقرون به صرفه است. شکل ۳ بخشی از فرآیند تولید ترموپلاستیک الاستومر را در مقایسه با فرآیند ساخت قطعات لاستیک گرماسخت نشان می دهد.

    ۲٫ مقایسه با فرآیند تولید لاستیک گرماسخت: اجزای لاستیک گرماسخت سنتی در فرآیندی شامل شکل دهی و ولکانیزاسیون ساخته می شوند. در ولکانیزاسیون، لاستیک شکل گرفته در دمای بالا برای یک دوره زمانی نگه داشته می شود تا واکنش پیوند عرضی رخ دهد. فرآیندهای اصلی مورد استفاده برای لاستیک گرماسخت اکستروژن و ساخت قالب است.

    شکل ۳: فرآیند تولید ترموپلاستیک الاستومر در مقایسه با لاستیک گرماسخت

    همان گونه که در تصویر مشاهده می شود، فرآیند شکل دهی لاستیک به دلیل وجود مراحل بیشتر و طولانی تر، سخت تر بوده و فرآینددهی ترموپلاستیک الاستومرها از هر نظرمناسب تر است.

    1. فرآیند شکل دهی ترموپلاستیک الاستومر: فرآیندهای تولید مورد استفاده برای ترموپلاستیک سخت شامل اکستروژن، قالب گیری تزریقی و قالب گیری دمشی هستند.

    ۱-۳) قالب گیری تزریقی: برای تولید ترموپلاستیک الاستومرها، قالب گیری تزریقی کاربرد گسترده ای دارد: تک ماده ای، قالب تزریق، قالب گیری چند لایه، قالب ریزی دوتایی (co-moulding) که فقط در موقعیت های خاصی به کار می رود، و تزریق گاز یا مایع برای ایجاد بخش توخالی است. قالب گیری تزریقی ترموپلاستیک الاستومر به طور مشابه ترموپلاستیک های سخت است. رفتار پاورلا جریان ترموپلاستیک الاستومرهای ولکانیزه مستلزم آن است که تزریق به سرعت انجام گردد تا ویسکوزیته کم و فشار تزریق کم حاصل شود. در جدول ۱، دمای فرآیندی قالب گیری تزریقی نمونه های ترموپلاستیک الاستومرهای TPO، TPV و TPU در نواحی مختلف اکسترودر نشان داده شده است.

    جدول ۱: دمای قالب گیری تزریقی چند ترموپلاستیک الاستومر در نواحی مختلف اکسترودر

    ۲-۳) اکستروژن: فرایند اکستروژن به طور گسترده ای تقریبا برای همه ترموپلاستیک الاستومرها اعمال می شود. فرآیندهای متداول در اکستروژن به طور کامل برای ترموپلاستیک الاستومرها قابل استفاده است: اکستروژن پروفیلی، ورقه ای، کو اکستروژن، و اکستروژن فومی. پروفیل درجه حرارت فرآیند اکستروژن چندنمونه ترموپلاستیک الاستومر در جدول ۲ نشان داده شده است.

    جدول ۲: پروفیل دمایی نمونه هایی از ترموپلاستیک الاستومر به روش قالب گیری اکسترودری

    ۳-۳) قالب گیری دمشی: سومین فرآیند مهم ترموپلاستیک، قالب گیری دمشی، برای ساخت بسیاری از ترموپلاستیک الاستومرهای دارایاجزای توخالی مانند بطری های پلاستیکی قابل استفاده است. به عبارتی، در جایی که ضخامت دیواره ی ظرف در همه جا یکسان است و شکل خارجی اهمیت زیادی دارد مناسب است و حدود ۱۰ درصد از قطعات پلاستیکی به این روش تولید می شوند. چندین فرآیند قالب گیری دمشی وجود دارد و دو نوع اصلی عبارتند از قالب گیری دمشی اکستروژنی و قالب گیری دمشی تزریقی. شرایط فرآیند معمول برای قالب گیری دمشی اکستروژن چند ترموپلاستیک الاستومر مختلف در جدول ۳ نشان داده شده است.

    جدول ۳: شرایط معمول قالب گیری دمشی اکستروژن نمونه های ترموپلاستیک الاستومر TPV و TPU

  2. کاربرد ترموپلاستیک الاستومرها: در ساخت ترموپلاستیک الاستومرها، اجزای الاستومری متنوعی استفاده می شوند. کاربردهای معمول برای ترموپلاستیک الاستومرهای مختلف راهنمای خوبی برای آن است که در کاربردهای جدید در حال توسعه در نظر گرفته شوند. برخی از کاربردهای این مواد پلیمری در شکل ۴ نشان داده شده است.

    شکل ۴: برخی از کاربردهای ترموپلاستیک الاستومرها

    در جدول ۴، انواع کاربردهای ترموپلاستیک الاستومرهای TPO، TPV و TPU نشان داده شده است توسط نوع TPE تقسیم شده است. معمولا بیشتر  ویژگی های فوق فاکتور مهمی در موفقیت تجاری ترموپلاستیک الاستومرها در این کاربری ها است.

    ترموپلاستیک الاستومر نوع

    کاربرد

    TPU ترموپلاستیک کوپلیمر بلوکه ای یورتان چسب های حرارتی، فیلم ها و پارچه های تنفس پذیر، پارچه های پوشش دهی شده، خود ترمیم شونده (auto trim)، روپوش و دستکش پزشکی، آب بندی اتصال توپی خودکار، پوشش شلنگ هیدرولیک، شلنگ مارپیچ، ژاکت سیم های الکتریکی، گسکت، آب بندی، چرخ های کوچک، تخته کفش، پوشش کابل، فیلم و ورقه، لوله
    TPO ترموپلاستیک اُلفینی سپر اتومبیل، پنل خود ترمیم شونده، ژاکت سیم های الکتریکی، چکمه، لوازم نرم، اقلام ورزشی، چرخ های کوچک
    EPDM/PP TPV ترموپلاستیک ولکانیزه لاستیک EPDM و پلی پروپیلن آب بندی داخل کاپوت اتومبیل، آب بندی آب و هوایی اتومبیل، آب بندهای فومی و پزشکی، چرخ های کوچک، عایق بندی و ژاکت سیم
    AEM TPV ترموپلاستیک ولکانیزه لاستیک اتیلن-اکریلات کلاهک زیرین اتومبیل، اتصالات الکتریکی، پوشش شلنگ، مجرای هوا، درایو آب بندی شفت قطار

    در این در مقاله توضیحات کاملی در خصوص ترموپلاستیک الاستومرها بیان شد اما در نهایت برای انتخاب کاربردی گونه های مختلف آن نیاز به جمع بندی ویژگی های عملکردی و خواص مورد نیاز آن ها ضروری است. از این رو کاربری های ترموپلاستیک الاستومرها و ویژگی های انواع مختلف این مواد پلیمری در جدول ۵ به طور خلاصه بیان شده است. با بهره گیری از این جدول می توان بهترین گزینه را در صنایع مربوط به آن در نظر گرفت. برای بسیاری از ترموپلاستیک الاستومرها، گریدهای خاص دارای خواص ویزه ای  هستند.

جدول ۵  خواص ترموپلاستیک الاستومر مربوط به کاربرد آن ها

 

آببندی

بازیابی بالا در C۲۳° یک دست شدن کم در دمای بالا  

سایش

 

سبکی

 

وضوح

 

شفافیت

 

سطح لکه دار

 

سطح خشک

 

مقاومت سایشی

TPO G G G G S S S G
EPDM/PP TPV G G G G G S G
TPU G G F G F F F F G
رنگ پذیری پیوند دهی مقاومت پیرشدگی حرارتی مقاومت ازنی کاربری در دمای بالا مقاومت حلالی مقاومت در برابر شوینده ها مقاومت در برابر روغن مقاومت الکتریکی بالا بازدارنده شعله
TPO G G G G G
EPDM/PP TPV G S G G G G G F G S
TPU G G G G G G G G
کشش بالا قابل استفاده با ماکروویو تثبیت جزیی اکستروژن فوم انعطاف پذیری در دمای پایین کاربردهای خمشی دینامیک کاربردهای استاتیک اصلاح پلیمر  

 

عموما دارد= G

برخی از گونه ها= F

گرید ویزه= S

TPO G G G G S
EPDM/PP TPV G G G S G G G S
TPU F G G G G G G

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *