TPE چیست؟ انواع ترموپلاستیک الاستومر و ویژگی‌های آن

واژه ترموپلاستیک الاستومر از سه بخش تشکیل شده‌است؛ بخش اول که همان کلمه ترمو (Tehrmo) است، به معنی گرما است؛ قسمت دوم این عبارت پلاستیک است و در نهایت بخش پایانی آن الاستومر (Elastomer) است که به نوعی خاصیت الاستیک یا نرم‌ و منعطف بودن اشاره دارد. تولید این ماده، تحول عظیمی در ساخت قطعات پلاستیکی که نیازمند خاصیت ارتجاعی هستند ایجاد کرده است. در این مقاله قصد داریم بررسی کنیم که «ترموپلاستیک الاستومر چیست»، چه انواعی دارد و ویژگی‌های اصلی آن چیست. در ادامه با ما همراه باشید.

ترموپلاستیک الاستومر (TPE) چیست؟

یکی از مهم‌ترین مسائلی که در تولید قطعات پلاستیکی در نظر گرفته می‌شود، مسئله انعطاف‌پذیری قطعه تولیدی است. در حدود چهار دهه قبل که اثری از TPE ها وجود نداشت، برای ایجاد خاصیت نرمی و انعطاف‌پذیری در قطعات تولیدی، به سراغ رابرها و PVC ها می‌رفتند. در خصوص PVC ها باید به این نکته اشاره کنیم که قیمت تمام‌شده بالای آنها موجب می‌شد تا تنها در تولید برخی قطعات خاص از آنها استفاده شود. همچنین استفاده از رابرها دو چالش جدی به همراه دارد؛‌ نخست آنکه فرآیند پختن یا حرارت دادن آنها کمی پیچیده است و مسئله دوم نیز عوارض زیست محیطی است که به دلیل قابل بازیافت نبودن رابرها به وجود می‌آید.

همین مسئله باعث شد تا محققان به دنبال جایگزین جدیدی برای تولید قطعات پلاستیکی منعطف باشند. به این ترتیب TPEها تولید شدند و جایگاه ویژه‌ای در تولید محصولات پلیمری به خود اختصاص دادند. ویژگی بسیار مهمی که درباره این مواد قابل توجه است، دارا بودن همزمان خواص پلاستیک و الاستیک در این گونه مواد است. این باعث می‌شود که علاوه بر استحکام مناسب، از انعطاف‌پذیری بالایی نیز برخوردار باشند. در اصطلاح فارسی به TPEها مواد گرمانرم گفته می‌شود. در مقابل مواد گرمانرم گروه دیگری از مواد وجود دارند که به نام گرماسخت مشهور هستند. تفاوت این دو نوع ماده در نوع پیوندهای فیزیکی تشکیل دهنده ساختار آنها است.

خصوصیات ترموپلاستیک الاستومر (TPE)

در خصوص الاستومرها باید به این نکته اشاره کنیم که در اثر قرار گرفتن در معرض حرارت، پیوندهای فیزیکی آنها دچار سستی نمی‌شود و در نتیجه این مواد نیز نرم نمی‌شوند. اما TPEها دارای خاصیت پلاستیک‌ها هستند و در اثر حرارت دیدن، نرم و منعطف می‌شوند. نکته مهم در خصوص این خاصیت آن است که در فرآیند تولید به روش اکستروژن یا تزریق پلاستیک،‌ کار برای تولید مواد با شکل‌ها و طرح‌های مختلف بسیار آسان‌تر می‌شود.

خاصیت ارتجاعی خوبی که ترموپلاستیک الاستومرها دارند نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. اگر یک تکه از این مواد را در دست بگیرید و شروع به کشیدن آنها کنید، این مواد افزایش طول می‌دهند و پس از رها کردن به حالت اولیه خود باز می‌گردند. البته این اتفاق تا زمانی رخ می‌دهد که در هنگام کشیدن نیرویی بالاتر از تنش تسلیم به آن وارد نکنید.

انواع ترموپلاستیک الاستومر (TPE)

TPEها در دو دسته کلی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارتند از: TPE سنتزی و TPE آلیاژی. در این قسمت لازم است تا به معرفی مختصری درباره این دو دسته بپردازیم.

TPE آلیاژی

آلیاژ اصطلاحا به ماده‌ای گفته می‌شود که از کنار هم قرار گرفتن مواد اولیه با درصد‌های مختلفی تشکیل می‌شود. ترموپلاستیک الاستومر آلیاژی به کمک برقرار کردن ارتباط بین نوعی ترموپلاستیک و پلیمر نرم مانند رابر تولید می‌شود. خاصیت انعطاف‌پذیری مورد نیاز TPE توسط ماده پلیمری (رابر) تامین می‌شود و همچنین ترموپلاستیک با ایجاد قوام در ساختار فیزیکی ماده نهایی، سطح شکل‌پذیری و قابلیت شرکت در فرآیندهای مختلف را در آن ماده ارتقا می‌دهد. واحدهای کامپاندر در بخش اکسترودرهای صنعتی وظیفه تولید این نوع مواد را بر عهده دارند. این دسته از ترموپلاستیک‌ها در دو دسته اولفینی (EDPM) و استایرنی دسته‌بندی می‌شوند.

TPE سنتزی

TPEهای صنعتی در اثر ترکیب یا سنتز تعدادی منومر سخت و نرم به وجود می‌آید. در واقع در TPEهای سنتزی نوعی پیوند شیمیایی بین مواد تشکیل دهنده برقرار می‌شود در حالی که در TPE آلیاژی به هیچ وجه این گونه نیست. هر یک از دو بخش منومر نرم و سخت نیز دارای دو خاصیت و نقش مجزا در ترکیب هستند؛ منومرهای نرم نقش ایجاد انعطاف‌پذیری در ماده را ایفا می‌کنند در حالی که منومرهای سخت وظیفه ایجاد قوام فیزیکی به منظور شکل‌پذیری مناسب مواد را بر عهده دارد. این گروه از ترموپلاستیک‌ها دارای زیرمجموعه‌هایی هستند که عبارتند از :

• SEBS و SBS (بخش لاستیکی از پلی بوتا دی ان و بخش پلاستیکی از پلی استایرن تشکیل می‌شود)
• TPS (Styrenic Block Copolymers)
• COPA (Thermoplastic Polyamides) – ترموپلاستیک پلی آمیدز
• TPU (Thermoplastic Polyurethane) – ترموپلاستیک پلی یورتان
• TPEE (Thermoplastic co-polyester) – ترموپلاستیک کو پلی استر

فرآیند تولید TPEها

دو روش معمول در تولید ترموپلاستیک الاستومرها، فرایند قالبگیری تزریقی و اکسترود است.

• فرایند قالبگیری تزریقی بدین صورت است که مواد در قیف اکسترودر ریخته می‌شوند و بعد از اکسترودشدن، مواد به انتهای اکسترودر می‌رسند. در انتهای اکسترودر نازل و قالب قرار دارد و مواد ذوب‌شده 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 می شود که بیان آن در این مقاله نمی‌گنجد.
• در حال حاضر همچنین از این مواد برای چاپگر های سه بعدی استفاده می شود و می‌توان با چاپ سه بعدی محصول تولید کرد.

روش قالبگیری فشاری در این مواد مرسوم نیست و روش تزریقی بسیار سریع و مقرون به صرفه می باشد. ترموپلاستیک الاستومر ها همچنین می توانند به روش قالبگیری دمشی، melt calendaring، ترموفرمینگ و heat welding فرایند شوند.

کاربرد ترموپلاستیک الاستومرها

صنعت خودروسازی به عنوان اصلی‌ترین مصرف‌کننده انواع ترموپلاستیک الاستومر به شمار می‌رود. بسیاری از بخش‌های مختلف داخلی و خارجی خودروها از جمله دور درب‌ها و دور کلاف شیشه درب‌های جانبی،‌ درپوش‌ها و ضربه‌گیرها از این مواد ساخته می‌شوند. همچنین برخی اجزای لوازم خانگی و پزشکی نیز به کمک TPEها تولید می‌شوند. در صنعتی بسته‌بندی مواد غذایی نیز به وفور از این نوع مواد استفاده می‌شود.

جدول زیر، کاربردهای انواع ترموپلاستیک الاستومرها را نشان می‌دهد

معین پلیمر ویرا

ویکی پلاست | مرجع بازار صنعت پلاستیک