Termoplastik elastomer - Thermoplastic elastomer
Termoplastik elastomerler ( TPE bazen şu şekilde ifade edilir), termoplastik kauçuklar , bir sınıfıdır kopolimerler ya da polimerlerin fiziksel karışım hem malzemelerden oluşur (genellikle plastik ve kauçuk) , termoplastik ve elastomerik özellikler. Çoğu elastomer termoset iken , termoplastiklerin aksine imalatta, örneğin enjeksiyonla kalıplama ile kullanımı nispeten kolaydır.. Termoplastik elastomerler, hem kauçuksu malzemeler hem de plastik malzemeler için tipik avantajlar gösterir. Termoplastik elastomerleri kullanmanın yararı, diğer malzemelerden daha uzun bir ömür ve daha iyi fiziksel aralık yaratarak, orta derecede uzama ve orijinal şekline geri dönme yeteneğidir. Termoset elastomerler ile termoplastik elastomerler arasındaki temel fark , yapılarındaki çapraz bağ tipidir . Aslında çapraz bağlama, yüksek elastik özellikler kazandıran kritik bir yapısal faktördür.
Türler
Altı genel ticari TPE sınıfı vardır (ISO 18064'e göre adlandırmalar):
- Stirenik blok kopolimerler, TPS (TPE-s)
- Termoplastik poliolefinlastomerler , TPO (TPE-o)
- Termoplastik Vulkanizatlar, TPV (TPE-v veya TPV)
- Termoplastik poliüretanlar , TPU (TPU)
- Termoplastik kopolyester, TPC (TPE-E)
- Termoplastik poliamidler, TPA (TPE-A)
- Sınıflandırılmamış termoplastik elastomerler, TPZ
Blok kopolimerler grubundan gelen TPE malzemelerinin örnekleri arasında CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Arnitel, Hytrel, Dryflex, Mediprene, Kraton , Pibiflex, Sofprene ve Laprene sayılabilir. Bu stirenik blok kopolimerlerin (TPE-ler) dışında CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Sofprene, Dryflex ve Laprene bulunur. Laripur, Desmopan veya Elastollan, termoplastik poliüretanların (TPU) örnekleridir . Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene veya Forprene, TPV malzemelerinin örnekleridir. Örnek olarak termoplastik olefin elastomerler (TPO) bileşiği için-Tec E veya Engage bulunmaktadır. 3D baskı için kullanılan Ninjaflex .
Bir termoplastik elastomer olarak nitelendirilebilmek için, bir malzemenin şu üç temel özelliğe sahip olması gerekir:
- Uzamaları ılımlı hale getirmek için esneme ve stresin ortadan kaldırılması üzerine orijinal şekline yakın bir şeye geri dönme yeteneği
- Yüksek sıcaklıkta eriyik olarak işlenebilir
- Önemli sürünme olmaması
Arka fon
1950'lerde termoplastik poliüretan polimerlerin kullanıma sunulmasıyla TPE ticari bir gerçeklik haline geldi. 1960'larda stiren blok kopolimer kullanılabilir hale geldi ve 1970'lerde çok çeşitli TPE'ler sahneye çıktı. TPE'lerin dünya çapında kullanımı (1990'da 680.000 ton/yıl) yılda yaklaşık yüzde dokuz büyüyor. Stiren-bütadien malzemeleri, polistiren ve polibütadien blokları arasındaki uyumsuzluk nedeniyle iki fazlı bir mikro yapıya sahiptir, birincisi tam bileşime bağlı olarak kürelere veya çubuklara ayrılır. Düşük polistiren içeriği ile malzeme, polibütadien özelliklerinin baskın olduğu elastomeriktir. Genel olarak, bileşim nihai inşaat hedeflerine uyacak şekilde değişebildiğinden, geleneksel çapraz bağlı kauçuklardan çok daha geniş bir özellik yelpazesi sunarlar.
Blok kopolimerler ilginçtir çünkü sağda gösterilen stiren-bütadien-stiren (SBS) blok kopolimerinde olduğu gibi periyodik nanoyapılar oluşturmak için "mikrofazdan ayrılabilirler". Polimer Kraton olarak bilinir ve ayakkabı tabanları ve yapıştırıcılar için kullanılır . Mikro ince yapı nedeniyle , yapıyı incelemek için bir transmisyon elektron mikroskobuna (TEM) ihtiyaç duyuldu. Görüntüde kontrast sağlamak için bütadien matrisi osmiyum tetroksit ile boyandı . Malzeme, canlı polimerizasyon ile yapılmıştır, böylece bloklar neredeyse monodispers olur , böylece çok düzenli bir mikro yapı oluşturmaya yardımcı olur. Molekül ağırlığı , ana resimde polistiren blokların 102,000 olduğu; ek resmin moleküler ağırlığı 91.000'dir ve biraz daha küçük alanlar üretir. Alanlar arasındaki boşluk , mikro yapı hakkında bilgi veren bir teknik olan küçük açılı X-ışını saçılması ile doğrulanmıştır . Polimerlerin çoğu birbiriyle uyumsuz olduğundan, bir blok polimer oluşturmak genellikle faz ayrılması ile sonuçlanacaktır ve bu ilke, özellikle bloklardan birinin yüksek oranda kristalli olduğu durumlarda, SBS blok polimerlerinin tanıtılmasından bu yana yaygın olarak kullanılmaktadır. Uyumsuzluk kuralının bir istisnası , polistiren ve polifenilen oksit veya PPO'nun birbirleriyle sürekli bir karışım oluşturduğu Noryl malzemesidir .
Diğer TPE'ler, bir tür bloğun, kopolyester kauçuklar gibi bitişik zincirlerdeki diğer bloklarla birlikte kristalize olduğu ve SBS blok polimerlerinde olduğu gibi aynı etkiyi elde ettiği kristalin alanlara sahiptir. Blok uzunluğuna bağlı olarak, daha yüksek kristal erime noktası nedeniyle alanlar genellikle ikincisinden daha kararlıdır . Bu nokta, malzemeyi şekillendirmek için gereken işlem sıcaklıklarını ve ayrıca ürünün nihai hizmet kullanım sıcaklıklarını belirler. Bu tür malzemeler arasında bir polyester-polieter kopolimeri olan Hytrel ve bir naylon veya poliamid-polieter kopolimeri olan Pebax bulunur .
Avantajlar
Çevreye bağlı olarak, TPE'ler çok çeşitli sıcaklıklara ve polar olmayan malzemelere maruz kaldıklarında olağanüstü termal özelliklere ve malzeme stabilitesine sahiptir. TPE'ler üretmek için daha az enerji tüketir, çoğu boya ile kolayca renklendirilebilir ve ekonomik kalite kontrolüne izin verir. TPE, takviye maddeleri, stabilizatörler veya kür sistemleri eklemeye gerek kalmadan çok az bileşik gerektirir veya hiç gerektirmez. Bu nedenle, ağırlıklandırma ve ölçüm bileşenlerinde partiden partiye varyasyonlar yoktur ve bu da hem ham maddelerde hem de fabrikasyon ürünlerde gelişmiş tutarlılığa yol açar. TPE malzemeleri, plastikler gibi kalıplanabildikleri, ekstrüde edilebildikleri ve yeniden kullanılabildikleri için geri dönüştürülebilir olma potansiyeline sahiptir , ancak termoset özellikleri nedeniyle geri dönüştürülemeyen kauçukların tipik elastik özelliklerine sahiptirler. Ayrıca bir geri dönüşüm robotu ile öğütülebilir ve 3D baskı filamentine dönüştürülebilirler .
İşleme
TPE'lerle en önemli iki üretim yöntemi ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıplamadır. TPE'ler artık 3D yazdırılabilir ve dağıtılmış üretim kullanarak ürünler yapmak için ekonomik olarak avantajlı oldukları gösterilmiştir . Sıkıştırma kalıplama nadiren kullanılır. Enjeksiyon kalıplama yoluyla imalat son derece hızlı ve oldukça ekonomiktir. Geleneksel bir termoplastiğin ekstrüzyonu veya enjeksiyonla kalıplanması için normal olarak kullanılan ekipman ve yöntemler genellikle TPE'ler için uygundur. TPE'ler ayrıca şişirme , eriyik kalenderleme, termoform ve ısı kaynağı ile işlenebilir .
Uygulamalar
TPE'ler, geleneksel elastomerlerin üründe ihtiyaç duyulan fiziksel özellikleri sağlayamadığı durumlarda kullanılır. Bu malzemeler otomotiv sektöründe ve ev aletleri sektöründe geniş uygulama alanı bulmaktadır. 2014 yılında TPE'ler için dünya pazarı yaklaşık bir hacme ulaştı. 16.7 milyar ABD doları. Tüm TPE ürünlerinin yaklaşık %40'ı araç imalatında kullanılmaktadır. Örneğin kopolyester TPE'ler, sertlik ve aşınma direncinin yüksek olduğu kar arabası pistlerinde kullanılır . Termoplastik olefinler (TPO), çatı kaplama malzemesi olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır. TPE'ler, naylon blok kopolimerlerin hastalar için ideal bir dizi yumuşaklık sunduğu kateterler için de yaygın olarak kullanılmaktadır . Termoplastik silikon ve olefin karışımları, cam geçişi ve dinamik hava sıyırma araba profillerinin ekstrüzyonu için kullanılır . Stiren blok kopolimerler, işlenme kolaylığı ve yaygın olarak yapıştırıcı olarak ayakkabı tabanlarında kullanılmaktadır. Çeşitli termoplastik yüzeylere iki bileşenli enjeksiyon kalıplamadaki rakipsiz yetenekleri sayesinde, mühendislik ürünü TPS malzemeleri aynı zamanda otomotiv pazarından tüketici ve tıbbi ürünlere kadar çok çeşitli teknik uygulamaları kapsar. Bunlara örnek olarak yumuşak kavrama yüzeyleri, tasarım öğeleri, arkadan aydınlatmalı anahtarlar ve yüzeyler ile contalar, contalar veya sönümleme öğeleri verilebilir. TPE, normal kauçuk burçlara kıyasla deformasyona karşı daha fazla direnci nedeniyle otomotiv performans uygulamaları için süspansiyon burçları yapmak için yaygın olarak kullanılır . Termoplastikler, plastik reçineleri çeşitli kapaklara, fanlara ve muhafazalara dönüştürme işlevi, maliyet etkinliği ve uyarlanabilirliği nedeniyle ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme ( HVAC ) endüstrisinde büyüme yaşamıştır . TPE ayrıca tıbbi cihazlarda, elektrik kablo kılıfı ve iç izolasyonunda , seks oyuncaklarında ve bazı kulaklık kablolarında da kullanılabilir.
Referanslar
daha fazla okuma
- PR Lewis ve C Price, Polimer , 13, 20 (1972)
- Modern Plastik Ekim Ortası Ansiklopedisi Sayısı, TPE'lere Giriş, sayfa:109-110