Bazen termoplastik kauçuklar olarak adlandırılan termoplastik elastomerler (TPE), hem termoplastik hem de elastomerik özelliklere sahip malzemelerden oluşan bir kopolimerler sınıfı veya fiziksel bir polimer karışımıdır. Elastomerlerin çoğu termoset iken, termoplastiklerin imalatta, örneğin enjeksiyonlu kalıplama yoluyla nispeten kullanımı kolaydır.
Termoplastik elastomerler hem kauçuksu malzemeler hem de plastik malzemelerin özelliklerini içeren malzemelerdir.
Termoplastik elastomerleri kullanmanın nedenleri, plastik malzemenin uzamasını sağlamak, diğer malzemelerden daha uzun ömürlü olması ve asıl şekline geri dönme yeteneğidir.
Termoset elastomerler ile termoplastik elastomerler arasındaki temel fark yapılarındaki çapraz bağlayıcı bağın türüdür. Aslında çapraz bağlama yüksek elastik özellikler sağlayan kritik bir yapısal faktördür.
Türler
Altı genel ticari TPE sınıfı vardır (ISO 18064'e göre atamalar):
- Stirenik blok kopolimerleri, TPS (TPE'ler)
- Termoplastik poliolefinelastomerler, TPO (TPE-o)
- Termoplastik Vulkanizatlar, TPV (TPE-v veya TPV)
- Termoplastik poliüretanlar, TPU (TPU)
- Termoplastik kopolyester, TPC (TPE-E)
- Termoplastik poliamidler, TPA (TPE-A)
- Termoplastik elastomerler olarak sınıflandırılmamış, 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 kopolimerlerden (TPE'ler) CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Sofprene, Dryflex ve Laprene bulunmaktadır.
Laripur, Desmopan veya Elastollan, termoplastik poliüretan (TPU) örnekleridir.
Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene, veya Forprene, TPV malzemelerinin örnekleridir.
Termoplastik olefin elastomerleri (TPO) bileşiğinin örnekleri For-Tec E veya Engage'dir. Ninjaflex, 3D baskı için kullanılır.
Bir malzemenin termoplastik elastomer (TPE) olarak nitelendirilebilmesi için şu üç temel özelliği olmalıdır:
- Bozulmaları önlemek amacıyla gerilme ve stresin ortadan kalkmasıyla malzemenin asıl şekline yakın bir şekle geri dönme yeteneği,
- Yüksek sıcaklıkta eriyik olarak işlenebilir olması,
- Önemli sünme yokluğu
Temeli
TPE, 1950'lerde termoplastik poliüretan polimerlerin piyasaya sürülmesiyle ticari bir gerçek oldu. 1960'larda stiren blok kopolimeri ve 1970'lerde çok çeşitli TPE'ler piyasaya çıktı. TPE'lerin dünyada kullanımı (1990'da 680,000 ton/yıl), yılda yaklaşık yüzde dokuz oranında artmaktadır.
Stiren-bütadien malzemeler, polistiren ve polibütadien blokları arasındaki uyumsuzluğa bağlı olarak iki fazlı bir mikro yapısı vardır; ilki tam bileşime bağlı olarak küreler veya çubuklara ayrılır. Az polistiren içeriği ile malzeme elastomeriktir ve polibutadienin özellikleri baskındır. Genellikle, geleneksel çapraz bağlı kauçuklardan çok daha geniş bir özellik yelpazesi sunar çünkü bileşim nihai yapı hedeflerine uyacak şekilde değişebilir.
Blok kopolimerler ilgi çekicidir çünkü sağda gösterilen stiren-bütadien-stiren (SBS) blok kopolimerinde olduğu gibi periyodik nanoyapılar oluşturmak için "mikrofaz ayrılabilir". Polimer Kraton olarak bilinir ve ayakkabı tabanları ve yapıştırıcılar için kullanılır.
Mikro ince yapı nedeniyle yapıyı incelemek için bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) gerekliydi. Bütadien matrisi, görüntüde kontrastı sağlamak için osmiyum tetroksit ile boyandı. Malzeme canlı polimerizasyonla yapıldı böylece bloklar neredeyse tek dağılımlıdır bu nedenle çok düzenli bir mikro yapı oluşturmaya yardımcı olur. Ana resimdeki polistiren blokların moleküler ağırlığı 102,000; içteki resmin moleküler ağırlığı 91,000'dir ve biraz daha küçük alanlar oluşturur. Alanlar arasındaki boşluk, mikro yapı hakkında bilgi veren teknik olan küçük açılı X-ışını saçılmasıyla doğrulanmıştır.
Polimerlerin çoğu birbiriyle uyumsuz olduğundan blok polimer oluşturmak genellikle faz ayrılmasına neden olur ve bu ilkeden özellikle bloklardan birinin oldukça kristal olduğu durumlarda, SBS blok polimerlerinin kullanılmasından bu yana yaygın olarak yararlanılmıştır. Uyumsuzluk kuralının istisnası, polistiren ve polifenilen oksit veya PPO'nun birbirleriyle sürekli bir karışım oluşturduğu Noril malzemesidir.
Diğer TPE'ler bir tür bloğun SBS blok polimerlerindeki ile aynı etkiyi elde ederek, kopolyester kauçuklar gibi bitişik zincirlerdeki diğer bloklarla birlikte kristalize olduğu kristal bölgeleri vardır. Blok uzunluğuna bağlı olarak, daha yüksek kristal erime noktası nedeniyle alanlar genellikle ikinciden daha kararlıdır. Bu nokta, malzemeyi şekillendirmek için gereken işlem sıcaklıklarının yanı sıra ürünün nihai hizmet kullanım sıcaklıklarını belirler. Bu tür malzemeler HYTREL, poliester-polieter kopolimer ve bunlar arasındaki PEBAX, naylon veya poliamid-polieter kopolimeri kapsar.
Avantajları
Ortama bağlı olarak TPE'ler çok çeşitli sıcaklıklara ve kutupsal olmayan malzemelere maruz kaldıklarında olağanüstü termal özellikleri ve malzeme kararlılığı vardır.
TPE yapmak için daha az enerji tüketilir, çoğu boya ile kolayca renklendirilebilir ve ekonomik kalite kontrolüne imkan verir.
TPE, takviye ajanları, stabilizatörler veya kürleme sistemleri eklemeye gerek kalmadan çok az bileşim gerektirir veya hiç gerektirmez. Bu nedenle, ağırlıklandırma ve ölçüm bileşenlerinde partiden partiye farklılıklar olmaz ve hem hammaddelerde hem de fabrikasyon ürünlerde iyileştirilmiş tutarlılığa yol açar.
TPE malzemeler, plastik gibi kalıplanabildiğinden, ekstrüde edilebildiğinden ve yeniden kullanılabildiğinden geri dönüştürülebilir olma potansiyeli vardır ancak ısıyla sertleşen özelliklerinden dolayı geri dönüştürülemeyen kauçukların tipik elastik özellikleri vardır. Ayrıca geri dönüşüm robotu ile öğütülebilir ve 3D baskı filamanına dönüştürülebilir.
İşleme
TPE'nin en önemli iki üretim yöntemi ekstrüzyon ve enjeksiyonlu kalıplamadır.
TPE' artık 3D olarak basılabilir ve dağıtılmış imalat kullanarak ürünler yapmak için ekonomik olarak avantajlı olduğu ispatlanmıştır.
Sıkıştırma kalıplama nadiren kullanılır.
Enjeksiyon kalıplama yoluyla imalat çok hızlı ve oldukça ekonomiktir. Geleneksel bir termoplastiğin ekstrüzyonu veya enjeksiyonlu kalıplanması için normal olarak kullanılan ekipman ve yöntemler genellikle TPE için de uygundur.
TPE ayrıca şişirme, eriyik merdaneleme (kalenderleme), ısıyla şekillendirme ve ısı kaynağıyla da işlenebilir.
Uygulamalar
TPE'ler, geleneksel elastomerlerin üründe ihtiyaç duyulan çeşitli fiziksel özellikleri sağlayamadığı durumlarda kullanılır. Bu malzemeler otomotiv sektöründe ve ev aletleri sektöründe geniş uygulama alanı bulur. 2014 yılında TPE'ler için dünya pazarı 16.7 milyar ABD dolarına yakın bir hacme ulaştı. Tüm TPE ürünlerin yaklaşık % 40'ı araç imalatında kullanılır. Örneğin, kopolyester TPE'ler sertliğin ve aşınma direncinin önemli olduğu kar motosikleti paletlerinde kullanılır. Termoplastik olefinler (TPO), çatı kaplama malzemesi olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır. TPE'ler ayrıca naylon blok kopolimerlerin hastalar için ideal bir yumuşaklık yelpazesi sunduğu kateterler için de yaygın olarak kullanılır. Termoplastik silikon ve olefin karışımları, glass run(cam koşusu) ve dinamik hava koşullarına dayanıklı araba profillerinin ekstrüzyonu için kullanılır.
Stiren blok kopolimerler ayakkabı tabanlarında işlenme kolaylığı nedeniyle ve yaygın olarak yapıştırıcı olarak kullanılır. İki bileşenli enjeksiyon kalıplamada çeşitli termoplastik yüzeylere karşı rakipsiz yetenekleri sayesinde, tasarlanmış TPS malzemeler aynı zamanda otomotiv pazarından tüketici ve tıbbi ürünlere kadar geniş bir teknik uygulama yelpazesini kapsar. Bunlara örnek olarak yumuşak kavramalı yüzeyler, tasarım elemanları, arkadan aydınlatmalı anahtarlar ve yüzeylerin yanı sıra contalar, sızdırmazlık parçaları veya sönümleme elemanları verilebilir. TPE, normal kauçuk burçlara kıyasla deformasyona karşı daha yüksek direnç göstermesi nedeniyle otomotiv performans uygulamaları için süspansiyon burçları yapımında yaygın olarak kullanılır. Termoplastikler, plastik reçineleri çeşitli kapaklara, fanlara ve muhafazalara değiştirmek için işlevi, maliyet etkinliği ve uyarlanabilirliği nedeniyle ısıtma, havalandırma ve klima (HVAC) endüstrisinde büyüme yaşamıştır. TPE ayrıca tıbbi cihazlarda, elektrik kablo kılıfında ve iç izolasyonda, seks oyuncaklarında ve bazı kulaklık kablolarında da kullanılabilir.
TPE, sadece sanayi kullanımı için değil, aynı zamanda spor ayakkabı ve sırt çantası gibi tüketici ürünlerinde de kullanılır. TPE esaslı malzemeyi "ARIAPRENE 21 Şubat 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi." birçok spor ve dış mekan marka ürünlerde görebilirsiniz. 2021'de AP TERRA olarak adlandırılan yepyeni TPE geri dönüşüm fikri ortaya çıkmıştı. Bu bir Küresel Geridönüştürülmüş Standard (ingilizce: Global Recycled Standard kısaca GRS koleksiyonudur (Global Recycled Standard 21 Şubat 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.) ve her üretim çalışmasında her zaman %20 atık olduğu için köpük kumaş fabrika atıklarını yeniden üretmiştir.
Daha fazla okumak için
- PR Lewis and C Price, Polymer, 13, 20 (1972)
- Modern Plastic Mid-October Encyclopedia Issue, Introduction to TPEs, page:109-110