Termoplastik elastomer
Bazen termoplastik kauçuklar olarak da anılan Termoplastik elastomerler (TPE) hem termoplastik hem de elastomer özelliklerine sahip (genellikle plastik ve kauçuk) malzemelerden oluşan bir kopolimer sınıfı veya polimerlerin fiziksel karışım sınıfıdır. Çoğu elastomerler termoset olsa da örneğin enjeksiyon kalıplama gibi termoplastiklerin imalatta kullanımı termosetlere göre nispeten daha kolaydır. Termoplastik elastomerlerde hem kauçuksu malzemelerin hem de plastik malzemelerin yararlı özellikleri vardır. Termoplastik elastomerler orta boy uzama boylarına kadar gerilip sonra kendi asıl şekillerine geri dönebilmekte böylece diğer malzemelere göre hem daha uzun ömürlü olmakta hem de daha geniş fiziksel kullanım aralıklarda kullanılabilir.[1]
Termoset elastomerler ve termoplastik elastomerler arasındaki temel fark yapılarındaki çapraz-bağlanma türüdür. Aslında çapraz bağlanma malzemeye yüksek elastik özellikler kazandıran yapısal bir unsurdur.
Tipleri
Ticari TPE'lerin altı genel sınıfı vardır (ISO 18064'e göre gösterimler):
- Stirenik blok kopolimerler, TPS (TPE-ler)
- Thermoplastik poliolefin elastomerler, TPO (TPE-o)
- Termoplastik vulkanize ediciler, TPV (TPE-v or TPV)
- Termoplastik poliüretanlar, [[TPU]] TPU
- Termoplastik kopolyester, TPC (TPE-E)
- Termoplastik poliamidler, TPA (TPE-A)
- Sınıflandırılmamış termoplastik elastomerler, TPZ
Blok kopolimerler grubundan gelen TPE malzemelerin örnekleri arasında CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Arnitel, Hytrel, Dryflex, Mediprene, Kraton, Pibiflex, Sofprene ve Laprene sayılabilir. Bu stirenik blok kopolimerlerinden sayılabilecek (TPE-ler), CAWITON, THERMOLAST K, THERMOLAST M, Sofprene, Dryflex ve Laprene'dir. Desmopan veya Elastollan termoplastik poliüretan (TPU) örnekleridir.
Sarlink, Santoprene, Termoton, Solprene, THERMOLAST V, Vegaprene,[2] ya da Forprene ise TPV malzemelerin örnekleridir.
Termoplastik olefin elastomer (TPO) bileşik örnekleri For-Tec E ya da Engage'dır. Ninjaflex 3D baskı için kullanılır.
Bir malzemenin termoplastik elastomer olarak nitelendirilebilmesi için şu üç temel özelliğe sahip olmalıdır:
- Orta uzamalara kadar gerilebilme ve stresin giderilmesinden sonra asıl şekline yakın bir şekle dönebilme yeteneği
- Yüksek sıcaklıkta eriyik olarak işlenebilmesi
- Önemli derecede sünmenin olmaması
Arka Planı
TPE 1950'lerde termoplastik poliüretan polimerlerin piyasaya sürülmesiyle ticari bir gerçeklik haline geldi. 1960'larda stiren blok kopolimeri piyasaya çıktı ve 1970'lerde çok çeşitli TPE'ler ortaya çıktı.
TPE'lerin dünya çapında kullanımı (1990'da 680.000 ton/yıl) yılda yaklaşık yüzde dokuz oranında artmaktadır. Stiren-bütadien malzemeleri, polistiren ve polibütadien blokları arasındaki uyumsuzluğa bağlı olarak iki fazlı bir mikro yapıya sahiptir, ilki kesin bileşime bağlı olarak küreler veya çubuklara ayrılır.
Düşük polistiren içeriği ile malzeme elastomeriktir ve polibütadienin özellikleri baskındır. Genel olarak geleneksel çapraz bağlı kauçuklardan çok daha geniş bir özellik yelpazesi sunarlar çünkü bileşim nihai yapı hedeflerine uyacak şekilde değişebilir.
Blok kopolimerler ilgi çekicidir çünkü sağda gösterilen stiren-bütadien-stiren (SBS) blok kopolimerinde olduğu gibi periyodik nanoyapıları oluşturmak için "mikrofaz ayrılabilir". Polimer Kraton olarak bilinir ve ayakkabı tabanları ve yapışkan lar için kullanılır. Mikro ince yapı nedeniyle yapıyı incelemek için bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) gerekliydi. Bütadien matrisi görüntüde kontrast sağlamak için osmiyum tetroksit ile boyandı. Malzeme canlı polimerizasyon ile yapıldı böylece bloklar neredeyse tek dağılımlı oldu bu yüzden çok düzenli bir mikro yapı oluşturmaya yardımcı oldu. Ana resimdeki polistiren blokların moleküler ağırlık 102,000; içteki resmin moleküler ağırlığı 91,000'dir ve biraz daha küçük alanlar oluşturur. Alanlar arasındaki boşluk mikro yapı hakkında bilgi veren bir teknik olan küçük açılı X-ışını saçılımı ile doğrulanmıştır. Polimerlerin çoğu birbiriyle uyumsuz olduğundan bir blok polimer oluşturmak genellikle faz ayrılmasına neden olur ve bu ilkeden özellikle bloklardan birinin oldukça kristal olduğu durumlarda SBS blok polimerlerinin tanıtılmasından bu yana yaygın olarak yararlanılmıştır. Uyumsuzluk kuralına bir istisna 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 bölgelere sahiptir. Blok uzunluğuna bağlı olarak alanlar daha yüksek kristal nedeniyle erime noktası genellikle ikinciden daha kararlıdır. Bu nokta malzemeyi şekillendirmek için gereken işlem sıcaklıklarının yanı sıra ürünün nihai hizmet kullanım sıcaklıklarını belirler. Bu tür malzemeler arasında bir polyester-polieter kopolimeri olan Hytrel ve Pebax, naylon veya poliamid-polieter kopolimeri bulunur.
Avantajları
Çevreye bağlı olarak TPE'ler çok çeşitli sıcaklıklara ve polar olmayan malzemelere maruz kaldıklarında olağanüstü termal özelliklere ve malzeme kararlılıklarına sahiptir.[1] TPE'leri üretmek için daha az enerji tüketilir, çoğu boya ile kolayca renklendirilebilir ve ekonomik olarak kaliteleri kontrol edilebilir. TPE takviye edici ajanlar, stabilizatörler veya kür sistemleri eklemeye gerek kalmadan çok az bileşik gerektirir veya hiç bileşik gerektirmez. Bu nedenle partiden-partiye ağırlıklandırmada ve ölçüm bileşenlerinde değişimleri yoktur bu da hem ham maddeler hem de fabrikasyon ürünlerde daha fazla tutarlılığa yol açar. TPE malzemeler plastik gibi kalıplanabildiği, ekstruzyon yapılabildiği ve tekrar kullanılabildiği için geri dönüştürülebilir malzemelerdir ama termoset özellikleri nedeniyle geri dönüştürülemeyen kauçukların da elastik özelliklerine sahiptirler. Ayrıca recyclebot ile 3D baskı filamentine dönüştürülebilirler.
İşleme
TPE'lerle en önemli iki üretim yöntemleri ekstrüzyon ve enjeksiyonla kalıplamadır.
TPE'ler 3D baskı yapılabilir ve dağıtılmış üretim kullanılarak ürün yapmak için ekonomik açıdan avantajlı oldukları ispatlanmıştır.[3][4]
Kompresyon kalıplama nadiren kullanılır.
Enjeksiyon kalıplama yoluyla imalat son derece hızlı ve oldukça ekonomiktir.
Geleneksel bir termoplastik malzemenin ekstrüzyonu veya enjeksiyonla kalıplanması için normal olarak kullanılan ekipman ve yöntemler genellikle TPE'ler için uygundur.
TPE'ler ayrıca şişirmeli kalıplama, melt calendaring,[5] termoform şekillendirme ve ısıyla kaynak yöntemleriyle de işlenebilir.
Uygulamalar
TPE'ler geleneksel elastomerlerin yapılacak üründe ihtiyaç duyulan fiziksel özellikleri sağlayamadığı durumlarda kullanılır. Bu malzemelerin otomotiv ve ev aletleri sektörlerinde pek çok uygulamaları vardır. 2014'te TPE'lerin dünya pazarı yaklaşık ~16,7 milyar ABD dolara ulaştı.
Tüm TPE ürünlerin yaklaşık %40'ı araç imalatında kullanılır.[6] Örneğin kopolyester TPE'ler sertlik ve aşınma direncinin önemli olduğu kar motosikleti paletlerinde kullanılır.
Termoplastik olefinler (TPO) giderek daha çok çatı malzemesi olarak kullanılır.[7]
TPE'ler ayrıca naylon blok kopolimerlerin hastalar için ideal yumuşaklık sağladığı kateter yapımında kullanılır.
Termoplastik silikon ve olefin karışımları hava koşullarına dayanıklı araba profillerinin ekstrüzyonu için kullanılır.
Stiren blok kopolimerleri ayakkabı tabanlarında işlem kolaylığı sağladığından yaygın olarak yapıştırıcı yapımında kullanılır.
Termoplastik altlıklara iki-bileşenli enjeksiyon kalıplamadaki yetenekleriyle TPS malzemelerin kullanım alanı otomotiv, son tüketici ürünleri ve tıbbi ürünlere kadar çok çeşitli teknik uygulamaları kapsar. Bunlara yumuşak kavrama yüzeyleri, tasarım elemanları, arkadan aydınlatmalı anahtarlar ve yüzeyler ile sızdırmazlık elemanları, contalar veya titreşim sönümleme elemanları örnek olarak verilebilir.
TPE normal kauçuk burçlara kıyasla deformasyona karşı daha fazla mukavemeti nedeniyle otomotiv performans uygulamaları için süspansiyon burçları yapımında yaygın olarak kullanılır.
Termoplastikler plastik reçinelerin çeşitli kapaklara, fanlara ve muhafazalara dönüştürülmesi işlevi, maliyet etkinliği ve uyarlanabilirliği nedeniyle ısıtma, havalandırma ve klima (HVAC) sektöründe büyüme göstermiştir. TPE ayrıca tıbbi cihazlarda, elektrik kablosu kılıfında ve iç yalıtım, seks oyuncakları ve bazı kulaklık kablolarında da kullanılabilir.
en.Thermoplastic elastomer
Daha fazla okuma
- PR Lewis and C Price, Polymer, 13, 20 (1972)
- Modern Plastic Mid-October Encyclopedia Issue, Introduction to TPEs, page:109-110
Kaynakça
- Levensalor, Alex. "The Benefits of Hytrel in Modern Belting". 28 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Ekim 2016.
- "Innovation in materials". www.hutchinson.com. 1 Mart 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Şubat 2017.
- Woern, Aubrey L.; Pearce, Joshua M. (30 Ekim 2017). "Distributed Manufacturing of Flexible Products: Technical Feasibility and Economic Viability". Technologies (İngilizce). 5 (4): 71. doi:10.3390/technologies5040071. Geçersiz
|doi-access=free(yardım) - "Is Flexible 3D Printer Filament Worth the Investment? | 3DPrint.com | The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing". 3dprint.com (İngilizce). 30 Ekim 2017. 30 Ekim 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Mart 2018.
- "Processing methods for thermoplastic elastomers-TPE - Introduction". www.tut.fi. 28 Ekim 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Ekim 2016.
- Kuehner, Marcel. "Thermoplastic Elastomers (TPE) - Market Study - Ceresana". www.ceresana.com. 1 Aralık 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Temmuz 2020.
- "ASTM D6878 / D6878M - 17 Standard Specification for Thermoplastic Polyolefin Based Sheet Roofing". www.astm.org. 6 Ocak 2010 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 18 Mart 2018.