تفاوت ترموپلاستیک الاستومر های TPO ،TPV و TPU (قسمت اول)

پلیمرها به سه دستۀ ترموپلاستیک، ترموست و لاستیک ترموست تقسیم می شوند و ترموپلاستیک الاستومرها (TPE) که گروهی از کوپلیمرها یا ترکیب فیزیکی پلاستیک و لاستیک هستند و خواص گرمانرم و الاستومری دارند (شکل 1). در حالی که اکثر الاستومرها گرماسخت هستند، مهم ترین ویژگی ترموپلاستیک الاستومرها این است که گرمانرم و فرآیندپذیر هستند. این مواد پلیمری مزایای معمول هر دو مادۀ لاستیکی و پلاستیکی را نشان می دهند. مزیت استفاده از ترموپلاستیک الاستومرها، امکان کشش با ازدیاد طول متوسط و بازگشت به حالت اولیه است که موجب دوام بیشتر آن ها می شود. تفاوت اصلی الاستومرهای گرماسخت و گرمانرم در نوع پیوند عرضی در ساختار آن ها است. در واقع، اتصال عرضی یک فاکتور ساختاری بحرانی است که خواص الاستیسیتۀ بالا را به ارمغان می آورد.

شکل ۱: انواع ترموپلاستیک الاستومرها

• انواع

ترموپلاستیک الاستومرها مانند لاستیک های ترموست، نرم و انعطاف پذیر و مانند ترموپلاستیک ها، فرآیندپذیر هستند و از لحاظ ساختاری می تواند به دو دستۀ اصلی کوپلیمرهای بلاک و آمیزه های الاستومری تقسیم  شوند. کوپلیمرهای بلاک از قطعه های کریستالی مجزا و نواحی آمورف حاوی زنجیره های پلیمری مشابه تشکیل شده اند (شکل 2-الف) و آمیزه ها، مخلوط مکانیکی پلیمرهای نیمه بلورین و آمورف هستند (شکل 2-ب).

شکل 2: انواع ترموپلاستیک الاستومرها

این مواد همچنین شش نوع تجاری دارند که انواع آن در شکل 1 مشاهده شد. در این مطالعه، سه نوع ترموپلاستیک پلی یورتان (TPU)، آمیزۀ پلی اولفینی-لاستیکی (TPO) و ترموپلاستیک ولکانیزه (TPV) از نظر ساختاری و خواص مورد بررسی قرار می گیرند.

۱-۱) ترموپلاستیک پلی یورتان (TPU): این پلیمر بر پایه انواع پلی اتر یا پلی استر یورتان است. همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده، نواحی نرم و سخت است.

شکل ۳: ترموپلاستیک پلی یورتان

۲-۱) آمیزۀ پلی اولفینی-لاستیکی (TPO): در پلی اولفین های الاستومری اصلاح شده، مطابق شکل ۴، مقدار کمی لاستیک شکل دهی شده در ماتریسی ترموپلاستیک وجود دارد.

شکل ۴: آمیزۀ پلی اولفینی-لاستیکی

۳-۱) ترموپلاستیک ولکانیزه (TPV): ترکیب دو فازی پلی پروپیلن و رابرها که همان طور که در شکل ۵ نشان داده شده ، حاوی نواحی بزرگی از لاستیک های غیرکروی و پیوند عرضی شده است.

شکل ۵: ترموپلاستیک ولکانیزه

هریک از ترموپلاستیک الاستومرهای صنعتی مزایای ویژه ای دارند و با توجه به آن، در هنگام کاربری آن ها باید توجه ویژه ای به این مزایا داشت تا بتوان بهترین گزینه را انتخاب کرد. در جدول ۱ مهمترین باتوجه به خواص ویژه هریک از ترموپلاستیک الاستومرها، کاربری آن ها بیان شده است.

جدول ۱: مزایا و کاربرد برخی ترموپلاستیک الاستومرهای صنعتی

۲) خواص ترموپلاستیک الاستومرها

یکی از خواص اصلی ترموپلاستیک الاستومرها (TPE)، الاستیسیته است اما مشخصه های بسیاری ترکیب شده اند تا امکان کاربرد آن ها در صنایع مختلف فراهم گردد. در هنگام انتخاب ترموپلاستیک الاستومر، عملکرد مواد و قیمت آن ها باید با خواص مهندسی مورد انتظار آن مقایسه گردد. ماهیت مورفولوژی و شیمی این ماده پلیمری، عملکرد کلی آن را تعریف می کند. پیشرفت های اخیر در پلیمرها و فناوری آلیاژسازی، قابلیت های عملکرد ترموپلاستیک الاستومرها را گسترش داده است. در این بخش، مهم ترین خواص ترموپلاستیک الاستومرها شامل … مورد بررسی قرار می گیرند.

۱-۲) دمای کاربری و مقاومت در برابر روغن ها: برای طبقه بندی کاریرد ترموپلاستیک الاستومرها، نمودار کاربری/قیمت آن هادر شکل ۶ نشان داده شده و همان طور که مشاهده می شود، محدوده عملکرد پلیمرهای آمورف و نیمه بلوری به قیمت آن ها وابسته است.

شکل ۶: نمودار کاربری/قیمت انواع ترموپلاستیک الاستومرها

در حالی که طبقه بندی هزینه/عملکرد روشی کلی برای طبقه بندی ترموپلاستیک الاستومرها است، اما در این دسته بندی، تفاوت زیادی بین اعضای آن وجود دارد. مقاومت در برابر تورم در روغن داغ، معیار دیگری است که دسته بندی مناسبی برای خواص عملکردی این مواد است. در شکل ۷ مقاومت در برابر روغن انواع ترموپلاستیک الاستومرها نسبت به حداکثر دمای اعمالی آن ها مشاهده می شود.

شکل ۷: مقاومت در برابر روغن انواع ترموپلاستیک الاستومرها

۲-۲) سختی (Hardness): یکی دیگر از مقایسه عملکردی اصلی بین ترموپلاستیک الاستومرها، محدوده سختی آن ها است. در شکل ۸ محدوده سختی ترموپلاستیک الاستومرها نشان داده شده است. همان طور که مشاهده می شود، TPU و TPOها سختی بالاتری نسبت به TPVها دارند.

شکل ۸: مقایسه محدوده سختی ترموپلاستیک الاستومرها

۳-۲) مقاومت سایشی: مقاومت به سایش در جایی که کشیدن، استفاده از سطوح زبر، کاربردهای صنعتی و اصطکاک تماسی مهم است در عملکرد ترموپلاستیک الاستومرها موثر است. نوع سخت این مواد پلیمری معمولا مقاومت سایشی بهتر دارد. TPU و COPA بالاترین مقاومت سایشی را دارند.

۴-۲) شفافیت: بیشتر ترموپلاستیک الاستومرها کدر هستند. تنها برخی از گرید ها همچون TPU شفاف هستند.

۵-۲) مقاومت کششی و پارگی: استحکام کششی و مقاومت پارگی در برخی از کاربردها، مهم ترین خواص هستند. به طور معمول، ترموپلاستیک الاستومرهای سخت مقاومت پارگی و استحکام کششی بهتری دارند. TPU، COPA و COPE هم بالاترین مقاومت کششی و پارگی را دارند.

۶-۲) عبورناپذیری: مقاومت در برابر عبورپذیری اکسیژن و مانع از اکسیژن اکثر ترموپلاستیک الاستومرها تقریبا خوب است. اکثر آن ها به مدت چندین روز یا حتی هفته ها (بسته به ضخامت موضعی)، حاوی گازهایی مانند اکسیژن و نیتروژن هستند.

۷-۲) چسبندگی و پیوندزنی: هنگامی که ترموپلاستیک الاستومرها  بر روی بستر یا مونتاژ پیوند می شوند، چسبندگی و پیوندزنی ویژگی مهم عملکردی می گردد. به طور کلی، TPE های قطبی دارای قابلیت اتصال بسیار خوبی هستند. ببرای کامپاندهای حاوی پلیمرهای قطبی، TPE های قطبی سازگارند و می توانند پیوند خوبی ایجاد کنند. برای بسترهای غیر قطبی مانند پلی پروپیلن یا پلی اتیلن، EPDM/PP TPV، TPOs، IIR/PP TPV و NBR/PP TPV دارای سازگاری بسیار خوبی هستند.

۸-۲) الاستیسیته: یک محدوده عملکردی مهم برای TPEها، الاستیسیته است. TPVها دارای شبکه ای پیوسته ترموپلاستیک حاوی لاستیک پراکنده است، مکانیسم الاستیسیته آن ها بسیار شبیه به لاستیک است.

۹-۲) مقاومت خستگی خمشی: توانایی کشش یا خمش مکرر الاستومر، برگشت به حالت اولیه و مقاومت در برابر رشد ترک ها، مقاومت خستگی خمشی است. در حالی که ترکیبات لاستیکی ترموست به عنوان بهترین مواد مقاوم در برابر خستگی خمشی شناخته شده اند، TPVهایEPDM/PP  دارای مقاومت خستگی خمشی بیشتری هستند.

در جدول زیر به طور مختصر، برخی از خواص ترموپلاستیک الاستومرهای TPU، TPV و TPO مشاهده می شود:

جدول ۲: برخی از خواص ترموپلاستیک الاستومرهای TPU، TPV و TPO