تفاوت ترموپلاستیک الاستومرهای TPO ،TPV و TPU (قسمت اول)

    پلیمرها به سه دسته ترموپلاستیک، ترموست و لاستیک ترموست تقسیم می‌شوند 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، مهم‌ترین ویژگی ترموپلاستیک الاستومرها این است که گرمانرم و فرآیندپذیر هستند. این مواد پلیمری مزایای معمول هر دو ماده لاستیکی و پلاستیکی را نشان می‌دهند. مزیت استفاده از ترموپلاستیک الاستومرها، امکان کشش با ازدیاد طول متوسط و بازگشت به حالت اولیه است که موجب دوام بیش‌تر آنها می‌شود. تفاوت اصلی الاستومرهای گرماسخت و گرمانرم در نوع پیوند عرضی در ساختار آنها است. در واقع، اتصال عرضی یک فاکتور ساختاری بحرانی است که خواص الاستیسیته بالا را به ارمغان می‌آورد.

شکل ۱. انواع ترموپلاستیک الاستومرها

    1) انواع

    ترموپلاستیک الاستومرها مانند لاستیک‌های ترموست، نرم و انعطاف‌پذیر و مانند ترموپلاستیک‌ها فرآیندپذیر هستند و از لحاظ ساختاری می‌تواند به دو دسته اصلی کوپلیمرهای بلاک و آمیزه‌های الاستومری تقسیم شوند. کوپلیمرهای بلاک از قطعه‌های کریستالی مجزا و نواحی آمورف حاوی زنجیره‌های پلیمری مشابه تشکیل شده‌اند (شکل 2-الف) و آمیزه‌ها 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 پلی‌یورتان (TPU)، آمیزه پلی اولفینی-لاستیکی (TPO) و ترموپلاستیک ولکانیزه (TPV) از نظر ساختاری و خواص مورد بررسی قرار می‌گیرند.

    ۱-۱) ترموپلاستیک پلی‌یورتان (TPU): این پلیمر بر پایه انواع پلی‌اتر یا پلی‌استر یورتان است. همان‌طور که در شکل ۳ نشان داده شده، نواحی نرم و سخت است.

شکل ۳. ترموپلاستیک پلی‌یورتان

    ۲-۱) آمیزه پلی‌اولفینی-لاستیکی (TPO): در پلی‌اولفین‌های الاستومری اصلاح‌شده، مطابق شکل ۴، مقدار کمی لاستیک شکل‌دهی‌شده در ماتریس ترموپلاستیک وجود دارد.

شکل ۴: آمیزه پلی‌اولفینی-لاستیکی

    ۳-۱) ترموپلاستیک ولکانیزه (TPV): ترکیب دو فازی پلی‌پروپیلن و رابرها که همان‌طور که در شکل ۵ نشان داده شده، حاوی نواحی بزرگی از لاستیک‌های غیر کروی و پیوند عرضی شده است.

شکل ۵. ترموپلاستیک ولکانیزه

    هریک از ترموپلاستیک الاستومرهای صنعتی مزایای ویژه‌ای دارند و با توجه به آن، در هنگام کاربری آنها باید توجه ویژه‌ای به این مزایا داشت تا بتوان بهترین گزینه را انتخاب کرد. در جدول ۱ مهم‌ترین کاربری آنها با توجه به خواص ویژه هر یک از ترموپلاستیک الاستومرها 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 مشخصه‌های بسیاری ترکیب شده‌اند تا امکان کاربرد آنها در صنایع مختلف فراهم گردد. در هنگام انتخاب ترموپلاستیک الاستومر، عمل‌کرد مواد و قیمت آنها باید با خواص مهندسی مورد انتظار آن مقایسه گردد. ماهیت مورفولوژی و شیمی این ماده پلیمری، عمل‌کرد کلی آن را تعریف می‌کند. پیشرفت‌های اخیر در پلیمرها و فناوری آلیاژسازی، قابلیت‌های عمل‌کرد ترموپلاستیک الاستومرها را گسترش داده است. در این بخش مهم‌ترین خواص ترموپلاستیک الاستومرها شامل … مورد بررسی قرار می‌گیرند.

    ۱-۲) دمای کاربری و مقاومت در برابر روغن‌ها: برای طبقه‌بندی کاریرد ترموپلاستیک الاستومرها، نمودار کاربری/قیمت آنها در شکل ۶ نشان داده شده و همان‌طور که مشاهده می‌شود، محدوده عمل‌کرد پلیمرهای آمورف و نیمه‌بلوری به قیمت آنها وابسته است.

شکل ۶: نمودار کاربری/قیمت انواع ترموپلاستیک الاستومرها

    در حالی که طبقه‌بندی هزینه/عملکرد روشی کلی برای طبقه‌بندی ترموپلاستیک الاستومرهاست، اما در این دسته‌بندی تفاوت زیادی بین اعضای آن وجود دارد. مقاومت در برابر تورم در روغن داغ، معیار دیگری است که دسته‌بندی مناسبی برای خواص عمل‌کردی این مواد است. در شکل ۷ مقاومت در برابر روغن انواع ترموپلاستیک الاستومرها نسبت به حداکثر دمای اعمالی آنها مشاهده می‌شود.

شکل ۷. مقاومت در برابر روغن انواع ترموپلاستیک الاستومرها

    ۲-۲) سختی (Hardness): یکی دیگر از مقایسه‌های عمل‌کردی اصلی بین ترموپلاستیک الاستومرها، محدوده سختی آنهاست. در شکل ۸ محدوده سختی ترموپلاستیک الاستومرها نشان داده شده است. همان‌طور که مشاهده می‌شود، 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 مؤثر است. نوع سخت این مواد پلیمری معمولاً مقاومت سایشی بهتری دارد. TPU و COPA بالاترین مقاومت سایشی را دارند.

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

    ۵-۲) مقاومت کششی و پارگی: استحکام کششی و مقاومت پارگی در برخی از کاربردها مهم‌ترین خواص هستند. به‌طور 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 مممانعت از اکسیژن اکثر ترموپلاستیک الاستومرها تقریباً خوب است. اکثر آنها به‌مدت چندین روز یا حتی هفته‌ها (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 می‌شوند، چسبندگی و پیوندزنی ویژگی مهم عمل‌کردی می‌گردد. به‌طور کلی TPEهای قطبی دارای قابلیت اتصال بسیار خوبی هستند. برای کامپاندهای حاوی پلیمرهای قطبی، TPEهای قطبی سازگارند و می‌توانند پیوند خوبی ایجاد کنند. برای بسترهای غیر قطبی مانند پلی‌پروپیلن یا پلی‌اتیلن، 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 پیوسته ترموپلاستیک حاوی لاستیک پراکنده هستند. مکانیسم الاستیسیته آنها 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 ترک‌ها، مقاومت خستگی خمشی است. در حالی که ترکیبات لاستیکی ترموست به‌عنوان بهترین مواد مقاوم در برابر خستگی خمشی شناخته شده‌اند، TPVهای EPDM/PP دارای مقاومت خستگی خمشی بیش‌تری هستند.

    در جدول زیر به‌طور مختصر برخی از خواص ترموپلاستیک الاستومرهای TPU ،TPV و TPO مشاهده می‌شود.

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