ترموپلاستیک الاستومر چیست؟

ترموپلاستیک الاستومرها گاهی به عنوان لاستیک‌های گرما نرم شناخته می‌شوند. این مواد ترکیبی از پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها هستند و دارای هر دو خواص مواد پلاستیک و لاستیک است.

به بیان ساده تر با ترکیب الاستومرها و پلاستیک‌ها با روش های مخصوص به خود، به موادی دست می‌یابیم که دارای بعضی از مزیت‌های هر دو ماده باشند و از ماده حاصله با نام ترموپلاستیک الاستومر یاد می‌کنیم. و اما تفاوت مواد ترموپلاستیک الاستومر (گرمانرم) و ترموست الاستومر (گرماسخت)‌ها در چیست؟ تفاوت این دو ماده که هر کدام شامل گستره وسیعی از مواد می‌شوند، در پیوندهایی است که میان زنجیرهای پلیمری آن‌ها برقرار است، این پیوندها را با نام “پیوند عرضی (cross-link)” می‌شناسیم. در مواد ترموست پیوندها شیمیایی بوده و زنجیرها را بصورت استوار و محکم کنار یکدیگر نگه می‌دارد اما در مواد گرمانرم پیوندهای عرضی فیزیکی و بصورت گره خوردگی (entanglement) و هستند که توانایی جابجایی در آن‌ها وجود دارد.

خواص ترموپلاستیک الاستومرها

الاستومرها موادی هستند که با گرما، نرم نمی‌شوند اما زمانی که صحبت از مواد ترموپلاستیک الاستومر می‌شود شرایط و خواص متفاوت عمل می‌کند و کمی از خواص پلاستیک‌ها را در مواد ترموپلاستیک الاستومر مشاهده می‌کنیم، یکی از این خواص نرم شدن بر اثر حرارت و گرما است که سبب می‌شوند فرایند کردن را ساده‌تر نماید و مواد (ترموپلاستیک الاستومرها) بتوانند حتی با روش تزریق فرایند شوند.

در واقع مزایای هر دو مواد متفاوت پلاستیک‌ها و لاستیک در ماده‌ای به نام ترموپلاستیک الاستومر وجود دارد. به جز خاصیت گرما پذیری که در بالا اشاره شد می‌توان از توانایی این ماده در مقابل تغییر شکل نام برد، ترموپلاستیک الاستومرها می‌توانند در برابر نیرو یا تنشی که به آن‌ها وارد می‌شود (مثلا بصورت کششی) تغییر شکل دهند (افزایش طول داشته باشند) و مجدد به حالت قبل خود بازگردند، این خاصیت از توانایی الاستومریک بودن این مواد نشات می‌گیرد.

انواع ترموپلاستیک الاستومرها

همان‌طور که گفته شد ترموپلاستیک الاستومرها ترکیبی از الاستومرها و پلاستیک‌ها (به بیان ساده) هستند، که دارای گستره وسیعی از مواد می‌شوند چراکه هر کدام از پلاستیک‌ها و الاستومرها می‌توانند در دسته جدیدی از ترموپلاستیک الاستومرها قرار بگیرند. به عنوان مثال SBS‌ها و SEBS‌ها است که دارای بخش پلاستیکی پلی استایرن (PS) و بخش لاستیکی پلی بوتادی ان (PB) است. همچنین می‌توان به EPDMها اشاره نمود، این مواد دارای بخش پلاستیکی پلی پروپیلن (PP) و پلی اتیلن (PE) هستند اما پلی اتیلن‌ها به دلیل داشتن دمای انتقال شیشه‌ای بسیار پایین می‌توان در دسته الاستومرها طبقه بندی نمود، پلی پروپیلن با بر هم زدن نظم بین زنجیرهای پلی اتیلن، این ماده را منعطف و الاستومری می‌نماید. دیگر نمونه‌های ترموپلاستیک الاستومر ها در مقاله‌هایی مجزا بسط و شرح داده خواهند شد.

کاربرد ترموپلاستیک الاستومرها

وجود گستره وسیع در مواد ترموپلاستیک الاستومر و انواع مواد آن سبب شده بتوان از این مواد در صنایع مختلفی از جمله صنایع برق، لوازم خانگی، بسته بندی، خودرو و … استفاده نمود. اگر بخواهیم بیشتر راجع به جزییات کاربرد صحبت نماییم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود: صنعت زیره کفش و چرم، درزبندی،گردگیر، دستکش، چسب حرارتی، سپر خودرو، داشبورد، فیلم و کابل، اصلاح کننده قیر و آسفالت، درپوش‌ها، لوازم ورزشی، گسکت، چکمه و … از کاربردهای ترموپلاستیک الاستومرها است. مواردی که در بالا اشاره شد بسته به نوع مواد ترموپلاستیک الاستومری دارد که مورد مصرف قرار داده‌ایم ، یعنی هر ماده کاربرد مخصوص به خود را دارا است که باید بطور مجزا در ارتباط با هر کدام از این مواد صحبت نمود چراکه گستردگی موضوع و محتوا در یک مقاله نمی‌گنجد.

نوع فرایند TPEها

دو روش معمول فرایند کردن ترموپلاستیک الاستومرها، فرایند قالب‌گیری تزریقی و اکسترود است. فرایند قالب‌گیری تزریقی بدین صورت است مواد در قیف اکسترودر ریخته می‌شوند و بعد از اکسترود شدن، مواد به انتهای اکسترودر می‌رسند. در انتهای اکسترودر نازل و قالب قرار دارد، و مواد ذوب شده با فشار از سر نازل به داخل قالب تزریق می‌شوند. منظور از روش اکسترود هم روشی دیگر است که معمولا برای محصولات با پیوستگی استفاده می‌شود که بیان آن در این مقاله نمی‌گنجد. در حال حاضر همچنین از این مواد برای چاپگرهای سه بعدی استفاده می‌شود و می‌توان با چاپ سه بعدی محصول تولید نمود. روش قالب‌گیری فشاری در این مواد مرسوم نیست، روش تزریقی بسیار سریع و مقرون به صرفه است. ترموپلاستیک الاستومرها همچنین می‌توانند به روش قالب‌گیری دمشی، melt calendaring، ترموفرمینگ و heat welding فرایند شوند.

گسترش انواع ترموپلاستیک الاستومرهای تجاری

در سال ۱۹۶۵ شرکت Shell کوپلیمرهای سه تایی SBS را به بازار عرضه کرد و واژه ترموپلاستیک الاستومر به آن اطلاق گردید. البته کمی قبل از آن مواد پلی یورتانی (مواد سازنده کفپوش پلی یورتان) هم به عنوان TPE مطرح شده بودند. بعداً انواع دیگر کوپلیمرهای سه تایی دسته‌ای استایرنی با خواص بهتر توسط شرکت Shell تولید شد. ابتدا Philips و سپس شرکت‌های دیگر کوپلیمرهای شعاعی استایرن-بوتادی ان را معرفی کردند. مجموعه این مواد به عنوان استایرنی‌ها شناخته می‌شوند که از نظر میزان مصرف جزء پر اهمیت‌ترین گروه TPEها (ترموپلاستیک الاستومر) است. در سال ۱۹۷۲ با معرفی آلیاژهای پلاستیکی الفینی بلوری (معمولاً پلی پروپیلن) با لاستیک اتیلن-پروپیلن (معمولاً EPDM)، دسته دیگری از TPEها پدید آمد. این مجموعه ترموپلاستیک الاستومرهای الفینی (TPO) نام دارند. در سال‌های بعد استفاده از دیگر پلی الفین‌ها نظیر پلی اتیلن نیز مرسوم شد. TPOها از نظر کارایی در دماهای بالا بهتر از گروه TPE نیست، اما مانند استایرنی‌ها مقاومت در برابر روغن و مانایی فشاری ضعیفی دارند.

TPE یا TPO

در سال های اخیر در مورد TPOها سعی شده است که فاز لاستیکی در خلال آمیزه کاری با فاز پلی پروپیلن پخت شود (پخت دینامیکی) تا TPO با مقاومت مانایی فشاری بهتری تولید شود. شرکت Monsanto در این فرآیند پیش قدم بوده و در سال ۱۹۸۱ محصولی با نام Santopren عرضه کرد. به دنبال آن شرکت های دیگری نیز مواد مشابهی را عرضه کردند. این مواد اغلب ترموپلاستیک الاستومر های پخت دینامیکی شده نامیده می شود و به نظر می رسد که جایگزین ترموپلاستیک الاستومر TPE های قبلی یعنی آلیاژ ساده PP/EPDM شوند. به تازگی TPVهای پلی الفینی دیگری مانند Alcryn توسط شرکت Du Pont (آلیاژ پلی پروپیلن با لاستیک طبیعی) عرضه شده اند. دسته دیگری از این مواد با مقاومت در برابر حلال و روغن، چقرمگی و استحکام بهتر تهیه شده اند که TPE های مهندسی نامیده می شوند.

به طور کلی این مواد فقط دارای گریدهای سخت بوده و دو تا پنج برابر گرانت هستند. ترموپلاستیک الاستومر های مهندسی از نوع کو پلیمرهای دسته ای اغلب چند دسته ای هستند که بخش های سخت کوپلیمر آنها معمولا بلوری می باشند. اولین گروه از این مواد ترموپلاستیک الاستومر پلی یورتان ها می باشند که در سال ۱۹۵۸ توسط شرکت Goodrich تولید شد و به دنبال آن بسیاری از شرکت های دیگر TPU ها را به بازار عرضه کردند. گروه بعدی TPEها پلی استر می باشند که در سال ۱۹۷۲ توسط Du Pont تولید شد. در اواخر سال های ۱۹۷۰ ترموپلاستیک الاستومر های کوپلیمر دسته ای پلی آمیدی نیز عرضه شد.