ترموپلاستیک های ولکانیزه شده (TPV)

آمیزه ها یا کامپاندهای TPV،در حین فرآیند ساخت و تولید،خواص ویژه خود را بدست می آورند.خواص بهبودیافتهTPV نسبت به سایر کامپاندهای اصلی رقابتی،بالاتر و برتر هستند.

EA-TPV  ها،طبقه ای از TPEها هستند که از آمیزه ای متشکل از یک بخش لاستیکی و بخش دیگر شامل مخلوط پلیمری پلاستیکی ساخته شده اند، بطوری که این آمیزه،فاز لاستیکی تا حد زیادی ولکانیزه شده است.

فاز پلاستیکی یک TPV،پلی اولفین(پلی پروپیلن)و فاز لاستیکی آن الاستومر اتیلن_پروپیلن میباشد.نخستین TPVکه در سال 1981معرفی شد،یک EA-TPV بود که در آن فاز پلاستیکی هرPP  و فاز لاستیکی از EPDM تشکیل شده بود.TPE ی بعدی متشکل از  PPو لاستیک نیتریل (PP-NBR) بود که به صنعت پلاستیک معرفی شد.

خواص فیزیکی- مکانیکی عمومی بسپارهای گرمانرم ولکانیزه شده :

وزن مخصوص _  0.94-1.34

مدول خمشی در (kpsi) 73 0F _ (سخت)50.3_(نرم)2.7

استحکام کششی در نقطه تسلیم (kpsi) _ (سخت)4.0_(نرم)0.64

درصد مانایی فشاری در 22ساعت و در   730F _ 16_44 

درصد ازدیاد طول در نقطه شکست یا پارگی در دمای  73 0F  _ (نرم)600_(سخت)330

درجه سختی  _  (نرم)57A._55A   و  (سخت)40D_50D

محدوده دمایی کاری(0F)   _  -75_275

درصد شرینک  (0F)  _   1.5_2.5

نقطه ویکات  (0F)  _   (سخت) 290 _ (نرم)206  

دمای فرآیند  (0F)  _   (سخت)410_(نرم)360

دمای قالب (0F)  _    (سخت)175_(نرم)50

دمای خشک کردن (0F)  _  150_175

زمان خشک کردن  (ساعت)  _  2.0_4.0

ولکانیزاسیون فاز لاستیکی یک EA_TPV منجر به بهبود خواص متعددی در آمیزه میگردد.از جمله اینکه در حلالهای لاستیکی نامحلول میباشند. TPV،آماس اندکی را در این حلال ها نسبت به لاستیک TPE و مخلوط های پلاستیکی از خود نشان می دهد.

بعضی از این بهبودهای ایجاد شده در خواص فیزیکی_مکانیکی در اثر ولکانیزاسیون عبارتند از:

افزایش در استحکام و مدول کششی.
کاهش در درصد مانایی فشاری.

کاهش در میزان آماس و تورم که به وسیله روغن ها ایجاد شده است.

همچنین ولکانیزاسیون فاز لاستیکی حفظ خواص را در دماهای بالاتر بهبود میبخشد. ولکانیزاسیون دینامیکی، فرایند پخت یک ترکیب لاستیکی را در حین آمیزه کاری آن، در بر می گیرد و یکی از اجزای تشکیل دهنده این ترکیب لاستیکی بایستی یک رزین ترمو پلاستیک باشد.

اختلاط پیوسته در حین مرحله آمیزه کاری، از اهمیت بالایی برخوردار است.

دمای اختلاط بایستی به اندازه کافی بالا باشد تا رزین را ذوب کند و بر روی شیمی واکنش تشکیل اتصالات عرضی تاثیر بگذارد.

وجه تمایز TPVهای متشکل از آلیاژهای الاستومری با پلاستیکها با مخلوط های الاستومری ساده TPVها در درجه ولکانیزاسیون فاز لاستیکی هستند.

TPVی لاستیکی ،از ابتدا ،از پراکنشی نرم از لاستیکEPDM  در ماتریس یا بستری از PP بعنوان فاز پیوسته تشکیل شده است. اندازه ذرات لاستیک  EPDM ولکانیزه ،برای دستیابی به خواص بهینه ی TPVاز اهمیت زیادی برخوردار است.همانطور که اندازه ذرات کاهش میابد ،خواص TPV به طور فزاینده ای بهبود می یابد.

دامنه سختی انواع تجاریTPV از  55_87shore"A" و از40_50shore "D" در حال تغییر است.محدوده دمایی کاری از حداقل  -75 0Fتا 2750F تغییر میکند.

استحکام پارگی و مقاومت سایشی آلیاژ الاستومری TPV ها خوب است ولی عالی و بسیار برجسته نیست. استحکام پارگی به طور فزاینده ای با درجه سختی زیاد میشود. قابلیت پذیرش یا مطلوبیت جهندگی پایین یا بالا موسوم به هیسترزیس به کاربرد نهایی نمونه یا قطعه بستگی دارد.

در کاربرد ها یا در مواقعی که تولید گرما در لاستیک درحال خمش بسیار بحرانی است، یعنی گرمای زیادی آزاد میشود، به جهندگی بالایی نیاز است، ولی در موقعیت هایی که میرایش و جذب ارتعاشات اتفاق می افتد، داشتن جهندگی پایین کاملا ضروری است.یک خاصیت دینامیکی برجسته ترموپلاستیکهای ولکانیزه شده مقاومت بالای آنها در برابر خستگی میباشد.

بیشترین دمای کاری TPVها در هوا ،برای دوره های زمانی طولانی برابر 2750F است. این دما بر اساس داده های فرسودگی زمانی در هوا پس از هزار ساعت ،50%  حفظ ازدیاد طول و  70% حفظ کشش و کاهش درجه سختی، بدست آمده است.

آزمون های فرسودگی زمانی تسریع شده در شرایط محیطی بیرونی که بر روی TPV های مات و سیاه انجام شده است، نشان میدهد که آنها،کارایی خود را در عمل به مدت دوازده ماه به خوبی حفظ می کنند.

EPDM_TPVهای رنگ پذیر نسبت به تاثیرات ترکیبی محیطی همانند تابش خورشیدی،اکسیژن اتمسفری، اوزون و سایر آلاینده های اتمسفری،مقاومت بسیار کمی دارند.

مقاومت EPDM_TPV ها در برابر محیط های سیال قطبی،عالی است.محدوده های محیطی از یک محیط خورنده همانند اسیدها و بازهای غلیظ تا محیط های ملایم، همانند نمک های آبی و سیالات معدنی و آلی قطبی،تغییر می کند.

همانطور که قطبیت محیط کاهش می یابد، مقاومت EPDM_TPV ها نیز کم شده و در نتیجه مقاومت آنها در برابر هیدروکربن ها نیز،تقلیل می یابد.

مقاومت شیمیایی در برابر هیدروکربن ها نسبتا پایین است، مقاومت در برابر هیدروکربن های اشباع شده بهتر است، مقاومت در برابر آب محلول های آبی (هم اسیدها و هم بازها) و روغن داغ بسیار ضعیف است.

این مواد را نمی توان برای استفاده در سوخت دیزل در بالاتر از 158 0F توصیه کرد.TPVها، مقاومت متوسط تا خوب در برابر سیالات صنعتی و خودرویی،در دماهای بالاتر دارند.

ترموپلاستیک های ولکانیزه، خواص عایقی الکتریکی عالی دارند. مقاومت ویژه حجمی و سطحی EPDM_TPVها برای مورد توجه قرار گرفتن آن ها در کاربرد عایقی،بعنوان عایق های الکتریکی اولیه و نیز ماده پوشش دهی به اندازه کافی بالا میباشد.

ثابت دی الکتریک (کاپاستیانس یاظرفیت خازنی القایی ویژه) و عوامل قدرتی ،محدودیت های اساسی در انتخاب ماده عایقی الکتریکی اولیه است.

این دو پارامتر از TPVهای دارای خاصیت تاخیر اشتعال (FR)در دماهای محیطی و دماهای بالا ((212 0F و فرکانس های عبور توان معمولی 60 HZ،آنها رابرای کاربردهای الکتریکی به یک ماده انتخابی، تبدیل می کند.

TPVها رطوبت را جذب میکنند و موجب ایجاد مشکلات فرایندی مهم همانند فضاهای تو خالی درونی،سطح ظاهری زبر و کنترل ابعادی ضعیف میگردند.وقتی که از یک قالب بدون راهگاه داغ، استفاده می شود، رطوبت گرمای زیادی را در فشار بخار بالا ایجاد میکند که می تواند بسیار خطرناک باشد.در نتیجه،جذب رطوبت پس از تماس 24 ساعته یا حتی کمتر موجب ایجاد مشکلات فرایندی قابل توجهی میشود.

حد مقدار رطوبت مجاز برای این مواد قبل از فرایند نمودن ،کمتر از 0.3% میباشد.خشک کردن صحیح موجب حذف مشکلات فرایندی اصلی برای این مواد می شود. توصیه اکید شده است که TPVها قبل از استفاده، فورا دوباره خشک شده باشند. سیستمهای خشک کردن از طریق دسیکاتور برای خشک کردن رزین از 2 تا 4 ساعت در دمای 150_175 0F، پیشنهاد شده است.

سیستم های خشک کردن از طریق هوای داغ توصیه نشده است،چرا که آنها فقط رطوبت را از سطح رزین می زدایند و حجم درونی و عمق رزین خشک نمی شود و در نتیجه فرایند خشک نمودن به طور یکنواخت از سطح به عمق انجام نمی شود.

مزایای TPV

کلیه عملیات فرایندی زیر را میتوان بر روی آنها انجام داد :قالب گیری تزریقی ،اکستروژن ،قالب گیری فشاری ،قالب گیری بادی ،کلندرینگ ،شکل گیری حرارتی

استحکام پارگی خوب و مقاومت سایشی
مقاومت در برابر خستگی عالی
مقاومت عالی در برابر محیط های سیال قطبی
خواص عایق الکتریکی عالی

معایب و محدودیت های TPV

مقاومت ضعیف در برابر تابش فرابنفش (UV).
پیوند دهی ضعیف ،آماده سازی سطح توصیه شده است.
مقاومت شیمیایی در برابر هیدروکربن ها نسبتا پایین است،مقاومت در برابر هیدروکربن های سیر شده بهتر است.
مقاومت ضعیف در برابر هالو کربن ها (هیدروکربن های هالوژن دار).
مقاومت شیمیایی ضعیف در برابر محلول های آبی (هم اسید ها و هم قلیاها) و روغن های داغ.
TPVها را نمیتوان برای استفاده در سوخت دیزل در بالاتر از دمای 158 0Fبکار گرفت.
مقاومت متوسط در برابر سیالات صنعتی خودرو در دماهای بالاتر.

کاربرد های نوعی TPV

کاربردهای خودرویی: پوشش های لوله ،پوشش های روی لوله ی ورودی هوا ،واشر ها ،آب بند ها ،خرطومی ،لرزه گیر ها ،قسمت های ایجاد جرقه ،درز بند های پنجره ،پوشش وایر شمع،

کاربرد در معماری و صنعت ساختمان:اتصالات انبساط پذیر،پوشش دهی پشت بام ،پوشش دادن کف و درزگیر های عایق گرمایی حرارتی اطراف درب و پنجره ها ،پروفیل TPV اکسترود شده نرم بعنوان یک ماده شیشه پنجره ،صفحات عایق که از TPVی تقویت شده با فلز و دهانه بیرونی دیگر ساخته شده است.

کاربرد های الکتریکی و الکترونیکی: عایق ،ماده پوشش دهنده ،پوشش های سیم و کابل ،اتصالات الکتریکی ،دوشاخه ها ،عایق های مورد استفاده در مجموعه های الکتریکی و الکترونیکی ،سخت افزارها و نرم افزارهای کامپیوتر،تلفن ها ،وسایل الکترونیکی ،ماشین های تکثیرو تجهیزات اداری.

شیلنگ بزرگ و لوله سازی و ساخت ورق های مسطح:از ورقه های مسطح برای ساخت در محل ورقه های پشت بام ،درز بند ها و واشر ها ،از TPVها در ساخت لوله های بزرگ و کوچک در ابعاد گوناگون ،آستر های داخلی، عملیات پوشش دهی و لوله های تقویت شده با الیاف بافته شده و توری های فلزی استفاده می شود.

کاربرد ویژه در وسایل پزشکی و ساخت محصولاتی که در تماس مستقیم با مواد غذایی قرار دارند: کاربرد های که در تماس مستقیم با غذاها و مواد غذایی،نوشابه ها ،آبجو ها،مواد دارویی و بافت های زنده قرار دارند. در این نوع کاربرد های ویژه ،از انواع خاصی ازTPV ها که مورد تایید اداره غذا و دارو (FDA) ایالات متحده آمریکا است، استفاده می شود.

وسایل پزشکی شامل سرسوزن های فرو رونده یا پلانگرهای سرنگ ،سربطریهای شیشه های کوچک ویژه نگهداری دارو، درز بندهای شیرهای تولید کننده قطرات ریز یا آیروسل ،لوله های طبی، رویه های تخت ویژه پرستاری از بیماران و دیافراگمهای پمپ تعویض داروهای مایع. همه این کاربرد ها ناشی از خواص ویژه آلیاژهای الاستومری TPVها همچون زیست سازگارپذیری و سمیت پایین آن ها ،هم قبل از استریلیزاسیون و هم بعد از آن است.

کالاهای لاستیکی مکانیکی: لوازم خانگی ،تجهیزات صنعتی ،وسایل تفریح ،درزبند ها،واشرها ،نشیمن شیرها ،پایه های لوازم خانگی ،بوشینگها ،اسباب بازیها ،ابزارهای دستی ،دستگیره های چوب اسکی ،چرخ های چرخ دستی ویژه خرید که در فروشگاه ها و مغازه های سوپر مارکت از آنها استفاده میشود و نیز در تجهیزات صنعتی کوچک.

منبع: کانگورو