بررسی خواص، مزایا و تاریخچه ترموپلاستیک الاستومرها (TPE – Thermoplastic elastomer)

ترموپلاستیک الاستومرها (TPEs) دسته ای از مواد هستند که خواص مطلوب ترموپلاستیک ها و الاستومرها را ترکیب می کنند. آنها دارای توانایی ذوب، قالب گیری و پردازش مانند ترموپلاستیک هستند در حالی که خواص الاستومری مانند انعطاف پذیری  را نشان می دهند. این ترکیب منحصر به فرد باعث محبوبیت فزاینده TPE در صنایع مختلف شده است. این مقاله به بررسی خواص TPE ها می پردازد و یک نمای کلی از انواع مختلف در این دسته مواد همه کاره ارائه می دهد.

خواص ترموپلاستیک الاستومرها (TPE)

قابلیت ارتجاعی:
TPE ها با خاصیت ارتجاعی قابل توجه خود مشخص می شوند. آنها را می توان تا چندین برابر طول اولیه خود کشید و پس از رفع تنش به شکل اولیه خود بازگردند. این ویژگی آنها را برای برنامه هایی که به انعطاف پذیری مجدد نیاز دارند ایده آل می کند.

پردازش پذیری:
یکی از مزایای کلیدی TPEها توانایی آنها برای پردازش با استفاده از روش های مرسوم ترموپلاستیک، از جمله قالب گیری تزریقی، اکستروژن، قالب گیری دمشی و چاپ سه بعدی است. این امر تولید مقرون به صرفه و کارآمد طیف گسترده ای از محصولات را تسهیل می کند.

نرمی و طول سنج:
TPE ها را می توان برای دستیابی به طیف وسیعی از سطوح سختی فرموله کرد، که معمولاً در مقیاس طول سنج Shore A یا Shore D اندازه گیری می شود. این تطبیق پذیری راه حل های مناسب را از مواد بسیار نرم و انعطاف پذیر گرفته تا مواد سخت تر و سفت تر را امکان پذیر می کند.

مقاومت شیمیایی:
TPE ها بسته به ترکیب خاص خود درجات مختلفی از مقاومت شیمیایی را نشان می دهند. برخی از TPE ها در برابر روغن ها، گریس ها و بسیاری از حلال ها بسیار مقاوم هستند و آنها را برای کاربردهایی که قرار گرفتن در معرض چنین موادی معمول است مناسب می کند.

مقاومت حرارتی:
TPE ها خاصیت ارتجاعی و مکانیکی خود را در طیف وسیعی از دماها، از گرمای زیر صفر تا متوسط حفظ می کنند. با این حال، عملکرد آنها در دماهای شدید بسته به نوع TPE و فرمول آن می تواند متفاوت باشد.

ترموپلاستیک الاستومرها: ترموپلاستیک الاستومرها از دسته پلیمرهایی هستند که همزمان خواص الاستومری و پلاستیکی را در خود دارند.

TPE ها به دلیل قابلیت بازیافت و هزینه فرایند پایین در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. لاستیک‌های معمولی به دلیل ویژگی‌های ترموست نمی‌توانند دوباره فرایند شوند، درصورتی که TPE‌ها را می‌توان قالب‌گیری، اکسترود و استفاده مجدد کرد.

همچنین باید توجه داشت که ترموپلاستیک الاستومرها لزوماً به تثبیت کننده ها یا عوامل تقویت کننده نیاز ندارند.

انواع مختلفی از TPE ها در بازار موجود است که خواص شان بسته به ترکیب پلیمری و مواد افزودنی مورد استفاده در فرمولاسیون آنها می تواند متفاوت باشد. برخی از انواع متداول TPE ها شامل پلی یورتان های ترموپلاستیک (TPU)، کوپلیمرهای بلوک استایرنیک (SBC)، ولکانیزه های گرمانرم (TPV) و الاستومرهای کوپلی استر (COPE) هستند.

خاصیت نرم شدگی TPE ها در اثر حرارت و گرما باعث شده که مواد بتوانند حتی با روش تزریق هم فرایند کرد همچنین این مواد می توانند در برابر نیرو یا تنشی که به آنها وارد میشود تغییر شکل داده و مجددا به حالت قبل بازگردند که این ویژگی از خاصیت الاستومریک این مواد نشات میگیرد.

تاریخچه ترموپلاستیک الاستومرها :

دانشمندان همواره در تلاش بوده اند ماده ای تولید کنند که همزمان خواص لاستیک و پلاستیک را دارا باشد. درنهایت این تحقیقات به نتیجه رسید و برای اولین بار در دهه 70 میلادی محصولات ترموپلاستیک به بازار عرضه شد . با توجه به اینکه مسئله انعطاف پذیری یکی از پارامتر های مهم در تولید قطعات پلاستیکی می باشد و TPE  ها در زمان های گذشته وجود نداشتند، برای ایجاد خاصیت انعطاف پذیری به سراغ لاستیک ها و pvc  ها می رفتند که در pvc ها قیمت تمام شده بالای آن سبب شده در برخی قطعات خاص مصرف شود و همچنین استفاده از لاستیک ها نیز دو چالش به همراه دارد: 1- فرایند پختن و حرارت دادن آن کمی پیچیده است 2- عوارض زیست محیطی که به دلیل قابل بازیافت نبودن لاستیک ها به وجود می آید.

مزایای ترموپلاستیک الاستومرها:

• بسیار محکم و بادوام
• ضریب اصطکاک پایین
• مقاومت شیمیایی عالی
• مقاوم در برابر اشعه‌های انرژی
• قابلیت استریل شدن
• قابلیت بازیافت

کاربردهای ترموپلاستیک الاستومرها:

TPE ها در طیف گسترده ای از صنایع، از جمله خودروسازی (برای آب بندی، واشر و اجزای داخلی)، کالاهای مصرفی (مانند دستگیره ها و دسته های لمسی نرم)، دستگاه های پزشکی، کفش، کالاهای ورزشی و غیره کاربرد دارند.

صنعت خودرو: سازندگان خودرو به مواد الاستیک قوی نیاز دارند تا بتواند در برابر دماهای بالا، مواد شیمیایی و سایش مقاومت کند. توانایی مقاومت آنها در برابر تغییرات دما و ایجاد بالشتک باعث می شود آنها در صنعت خودرو ارزشمند باشند. TPE ها یک گزینه مناسب برای بسیاری از قطعات مانند ضربه گیرها، لرزشگیرها و سایر عناصر ضد آب و هوا هستند.

تجهیزات صنعتی: TPE ها در تجهیزات صنعتی برای میرایی ارتعاش، کاهش نویز و به عنوان پوشش های محافظ برای ماشین آلات و تجهیزات استفاده می شوند.

کالاهی مصرفی : TPE ها در بسیاری از محصولات مانند زیره کفش، تجهیزات ورزشی و لوازم خانگی یافت می شوند.

ساخت و ساز: TPE ها به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز در بسیاری از کاربردها مانند مواد افزودنی در آسفالت جاده ها، عایق های سیم کشی برق، چسب ها، درزگیرها و پوشش ها استفاده می شوند.

زیست سازگاری TPE ها به این معنی است که این مواد می توانند در صنعت پزشکی در طیف وسیعی از کاربردها استفاده شوند.

انواع ترموپلاستیک الاستومرها  (TPE):

کوپلیمرهای بلوک استایرنیک (SBC):

SBC ها از رایج ترین TPE ها هستند و شامل موادی مانند استایرن-بوتادین-استایرن (SBS)، استایرن-اتیلن-بوتادین-استایرن (SEBS) و استایرن-ایزوپرن-استایرن (SIS) می باشند.
SBS TPE ها به دلیل انعطاف پذیری عالی و سهولت پردازش شناخته شده اند و برای کاربردهایی مانند زیره کفش، چسب ها و درزگیرها مناسب هستند.
SEBS TPE مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش را بهبود می بخشد و اغلب در کاربردهای خودرو، پزشکی و کالاهای مصرفی استفاده می شود.
SIS TPE ها خاصیت ارتجاعی فوق العاده ای دارند و معمولاً در کفش، قطعات خودرو و موارد دیگر استفاده می شوند.

پلی اورتان های ترموپلاستیک (TPU):

TPU ها مقاومت در برابر سایش، انعطاف پذیری و مقاومت شیمیایی عالی از خود نشان می دهند.
آنها به دلیل دوام و مقاومت در برابر سایش معمولاً در کاربردهایی مانند شیلنگ ها، لوله ها، قطعات خودرو و تجهیزات ورزشی استفاده می شوند.
ترکیبات پلی الفین:

TPE ها همچنین می توانند با ترکیب پلی اولفین های الاستومری با سایر مواد گرمانرم ایجاد شوند.
این TPE ها به دلیل مقاومت شیمیایی، انعطاف پذیری در دمای پایین و سهولت پردازش شناخته شده اند.
نمونه‌های متداول شامل مخلوط‌های پلی الفین-الاستومر مورد استفاده در داخل خودرو و دستگیره‌هایلمسینرم برای ابزارها است.

ولکانیزه های ترموپلاستیک (TPVs):

TPV ها توسط ذرات لاستیکی ولکانیزاسیون دینامیکی پراکنده در یک ماتریس ترموپلاستیک ساخته می شوند که معمولاً بر اساس پلی پروپیلن یا مونومر اتیلن-پروپیلن-دی ان (EPDM) هستند.
آنها تعادل خاصی از الاستیسیته و سهولت پردازش را ارائه می دهند و در مهر و موم های خودرو، واشرها و پاکسازی هوا استفاده می شوند.

سایر TPE های تخصصی:

فراتر از دسته بندی های فوق، TPE های تخصصی مانند TPE های مبتنی بر کوپلی استر (COPEs) و الاستومرهای پلی اولفین ترموپلاستیک (TPOEs) وجود دارند که هر کدام دارای خواص و کاربردهای منحصر به فرد خود هستند.

نتیجه:

ترموپلاستیک الاستومرها (TPEs) یک کلاس همه کاره از مواد هستند که ترکیبی منحصر به فرد از خاصیت ارتجاعی، پردازش پذیری و مقاومت شیمیایی را ارائه می دهند. این ویژگی ها، همراه با توانایی تنظیم سختی و ویژگی های عملکرد، TPE ها را برای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مانند خودروسازی، کفش، کالاهای مصرفی و تجهیزات پزشکی مناسب می کند. با ادامه پیشرفت علم و فناوری مواد، TPEها احتمالاً نقش مهمی را در طراحی و تولید محصول ایفا می کنند و راه حل های نوآورانه ای را برای چالش های مهندسی پیچیده ارائه می دهند.