TPR مقابل TPU الاختلافات الرئيسية لأداء المواد
December 11, 2025
في عالم المواد البلاستيكية الهندسية، غالبًا ما يواجه المصممون والمهندسون تحديًا في اختيار المادة المناسبة لتطبيقات معينة. يعتبر المطاط اللدن بالحرارة (TPR) والبولي يوريثين اللدن بالحرارة (TPU) من بين اللدائن المرنة بالحرارة المستخدمة على نطاق واسع، ولكل منها خصائص مميزة تجعلها مناسبة لتطبيقات مختلفة. تقدم هذه المقالة مقارنة متعمقة لخصائص المواد، والاختلافات في الأداء، والتطبيقات العملية لتوجيه الاختيار المستنير للمواد.
يمثل المطاط اللدن بالحرارة (TPR) بوليمرًا مشتركًا يتكون من البوليسترين (PS) وكتلة وسطى مرنة (عادة ما تكون قائمة على البوتادين). تم تطويره للجمع بين مزايا المطاط الصناعي مع فوائد معالجة اللدائن الحرارية، ويشير TPR عادةً إلى البوليمرات المشتركة ذات الكتل الستايرينية مثل SBS أو SEBS. تحتوي هذه المواد على ما يقرب من 30٪ من البوليسترين بالوزن، والباقي هو الكتلة الوسطى المرنة.
يوفر TPR مقاومة ممتازة للإجهاد، واستقرارًا كيميائيًا، وقوة تأثير، وقابلية إعادة تدوير معتدلة. على عكس المطاط التقليدي الذي يتطلب الفلكنة، تتميز مواد TPR بأجزاء البوليسترين الصلبة التي تعمل كروابط متقاطعة مادية داخل المرحلة المرنة المستمرة. توفر مكونات البوتادين المرونة بينما تحافظ مناطق البوليسترين الصلبة على السلامة الهيكلية.
في حين أن TPR يظهر قيودًا في مقاومة الحرارة، وأداء الإجهاد الديناميكي، ومقاومة التآكل (مما يجعله غير مناسب لتطبيقات الإطارات)، فإن TPR القائم على SEBS يوضح مقاومة فائقة للأوزون، ومقاومة للعوامل الجوية، وثباتًا للأشعة فوق البنفسجية مقارنة بالعديد من المطاط غير المشبع. ومع ذلك، يتفوق EPDM المفلكن بشكل عام على TPR في المتانة الخارجية على المدى الطويل.
يشمل البولي يوريثين اللدن بالحرارة (TPU) مجموعة واسعة من بوليمرات البولي يوريثين التي توفر المرونة والشفافية ومقاومة التآكل ومقاومة الزيت الممتازة. يتميز الهيكل الجزيئي الفريد لـ TPU بأجزاء بوليمر صلبة وناعمة بالتناوب، مما يوفر القوة والمرونة.
عن طريق تعديل الأوزان الجزيئية ونسب المكونات، يمكن للمصنعين إنتاج متغيرات TPU بخصائص مختلفة بشكل كبير عن المواد المماثلة كيميائيًا. تشكل الأجزاء الصلبة مناطق شبه بلورية من خلال التجاذب بين الجزيئات، وتعمل كعناصر ربط متقاطع تفسر معامل المرونة العالي لـ TPU. في غضون ذلك، تعمل السلاسل الأطول والأكثر نعومة على تعديل هذا التأثير، مما يسمح بإنتاج مواد ذات صلابة/مرونة متفاوتة.
يوضح TPU سلوكًا لدنًا بالحرارة كاملاً مناسبًا للحقن، على الرغم من أن عمليات إعادة التدوير قد تؤدي إلى تدهور سلامة السلسلة. عند تسخينه إلى ما بعد درجة حرارة التحول الزجاجي للمكونات الأكثر صلابة، يتضاءل تأثير الربط المتقاطع تمامًا.
| الخاصية | TPR (متري) | TPU (متري) |
|---|---|---|
| الصلابة، شور D | ~10–70 | ~55–85 |
| قوة الشد، القصوى | 2–35 ميجا باسكال | 28.0–96.0 ميجا باسكال |
| قوة الشد، الخضوع | 1–5 ميجا باسكال | 52–80 ميجا باسكال |
| معامل المرونة | 0.02–0.68 جيجا باسكال | 0.62–5.50 جيجا باسكال |
| قوة الخضوع الانحنائية | 2.66–24.1 ميجا باسكال | 19.0–95.1 ميجا باسكال |
| المعامل الانحنائي | 0.0917–0.814 جيجا باسكال | 0.520–4.50 جيجا باسكال |
| التآكل تابير، ملجم/1000 دورة | 30–800 | 5–25 |
| نقطة الانصهار | 104–191°C | 185–243°C |
| معامل التمدد الحراري الخطي | 110–170 µm/m°C | 14–56 µm/m°C |
تكشف البيانات أن TPU يتفوق بشكل عام على TPR في قوة الشد، ومعامل المرونة، والقوة الانحنائية، ومقاومة التآكل، في حين أن TPR قد يوفر مزايا في التكلفة ومعامل التمدد الحراري. تتداخل المادتان في نطاق الصلابة، على الرغم من أن TPU يمكن أن يحقق مستويات صلابة أعلى.
- تطبيقات TPR: تستفيد الألعاب ومكونات الأحذية والأختام وعزل الأسلاك والكابلات وأجزاء السيارات من مرونة TPR وسهولة معالجتها.
- تطبيقات TPU: تستخدم حافظات الأجهزة المحمولة ونعال الأحذية الرياضية والمعدات الطبية والداخلية للسيارات والخراطيم الصناعية مقاومة التآكل الفائقة لـ TPU ومقاومة الزيت والقوة العالية.
ينشأ كل من TPR و TPU من موارد البتروكيماويات، ويواجهان تحديات مماثلة في الاستدامة وإعادة التدوير. في حين أن TPU يسمح بإعادة التدوير الميكانيكي، فإن العملية تقلل عادةً من الوزن الجزيئي والخصائص الميكانيكية بسبب التدهور الحراري. لا يتحلل TPU التقليدي القائم على البترول في ظل ظروف مدافن النفايات أو التسميد العادية، على الرغم من ظهور متغيرات TPU المتخصصة القائمة على المواد الحيوية أو المعدلة ذات الأجزاء القابلة للتحلل.
يسمح TPR أيضًا بإعادة التدوير الميكانيكي ولكنه يؤدي عادةً إلى مواد منخفضة الجودة ذات أداء ضعيف. مثل معظم المواد البلاستيكية التقليدية، يتحلل TPR ببطء شديد في البيئات الطبيعية. يستمر البحث في مونومرات مشتقة من الطحالب لإنتاج TPR.
يوفر TPR بشكل عام كفاءة أفضل من حيث التكلفة من TPU، حيث تتراوح الأسعار عادةً من 1.60 دولارًا إلى 2.00 دولارًا لكل كيلوغرام مقارنة بنطاق TPU البالغ 3.00 دولارات إلى 6.00 دولارات لكل كيلوغرام (يختلف حسب الدرجة ومتطلبات الأداء). بالنسبة للتطبيقات التي لا تتطلب متطلبات أداء صارمة، غالبًا ما يمثل TPR خيارًا أكثر اقتصادية.
- المواد المتصلدة بالحرارة اللدائن (TPE-V أو TPV)
- اللدائن الحرارية البولي أوليفينات (TPE-O أو TPO)
- البوليمرات المشتركة اللدائن الحرارية (TPE-E أو COPE أو TEEE)
- الأميدات الكتلية متعددة الإيثرات اللدائن الحرارية (TPE-A)
- البوليمرات المشتركة ذات الكتل الستايرينية (TPE-S)
- المطاط القابل للمعالجة بالذوبان (MPR)
- الفلوروالاستومرات (FKM، FFKM)
عندما تمثل البوليمرات المتصلدة بالحرارة خيارات قابلة للتطبيق، تصبح خيارات المواد الإضافية متاحة:
- المطاط الطبيعي المفلكن (NR)
- البولي إيزوبرين (IR)
- البولي كلوروبرين (CR)
- البولي بوتادين (BR)
- مطاط النتريل (البوتادين) (NBR)
- متطلبات الأداء: قم بتقييم الحاجة إلى قوة الشد ومقاومة التآكل ومقاومة الزيت ومقاومة العوامل الجوية.
- طرق المعالجة: ضع في اعتبارك التوافق مع عمليات التصنيع مثل الحقن أو البثق.
- قيود الميزانية: وازن بين احتياجات الأداء وفعالية التكلفة.
- العوامل البيئية: قم بتقييم متطلبات مقاومة العوامل الجوية والاستقرار الكيميائي.
- أهداف الاستدامة: أعط الأولوية للمواد القابلة لإعادة التدوير أو القائمة على المواد الحيوية كلما أمكن ذلك.
يمثل كل من TPR و TPU خيارات ممتازة من اللدائن المرنة بالحرارة، ولكل منها مزايا وقيود مميزة. من خلال الفهم الشامل لخصائص المواد، وملاءمة التطبيق، وخصائص الأداء - مع التقييم الدقيق لمتطلبات المشروع المحددة - يمكن للمهندسين والمصممين إجراء اختيارات مثالية للمواد التي توفر أفضل أداء وقيمة لتطبيقاتهم.