دليل لاختيار الملاستومرات الحرارية TPE TPV TPU

في عالم المواد الهندسية، كان العثور على التوازن المثالي بين مرونة المطاط و قابلية البلاستيك للتشكيل تحدياً منذ فترة طويلة.الايلاستومرات البلاستيكية الحرارية (TPE) تظهر كمواد تجمع بين أفضل من كلا العالمينومع ذلك، مع العائلة TPE واسعة بما في ذلك أعضاء بارزين مثل thermoplastic vulcanizates (TPV) و thermoplastic polyurethane (TPU) ، كل مع مزايا الأداء المتميزة والتطبيقات،المهندسين والمصممين غالبا ما يواجهون معضلةأي مادة تناسب احتياجاتهم المحددة؟

فهم TPE و TPV و TPU: الاختلافات الرئيسية

لا تمثل المواد المعدنية الحرارية (TPE) مادة واحدة ولكن فئة من البوليمرات التي تظهر مرونة مثل المطاط مع الحفاظ على قابلية المعالجة الحرارية.هذه الفئة تشمل مواد مختلفة ذات هياكل وخصائص كيميائية مختلفة.

يتم إنشاء TPV ، وهو متغير متخصص من TPE ، من خلال التشويش الديناميكي الذي ينشر مرحلة مطاطية (عادة EPDM) داخل مرحلة بلاستيكية (عادة البولي بروبيلين PP) ،مما يؤدي إلى مقاومة الحرارة والكيمياء بشكل استثنائيتبرز TPU في عائلة TPE لمقاومتها الرائعة للاستنزاف والقوة الميكانيكية ، مع بعض الصفات المنافسة للبلاستيك الهندسي.

الاختلافات الأساسية تظهر في عدة جوانب:

الهيكل الكيميائي

• TPE: الهياكل المختلفة بما في ذلك الستيرينيك بلوك كوبوليمرات والوليفينيك كوبوليمرات
• TPV: مزيج ديناميكي من المطاط EPDM و PP
• TPU: بوليمر خطي يتشكل من تفاعلات الأيزوسيانات والبوليول ومتوسطة السلسلة، يحتوي على مجموعات يوريثان المميزة

نطاق صلابة

توفر TPU أوسع مجموعة من صلابة (60A إلى 80D صلابة الشاطئ) ، قادرة على إنتاج مواد ناعمة للغاية وصلبة للغاية. تتراوح TPE عادة بين 20A و 100A ،بينما TPV تقع بين هذين (40A إلى 60D).

مقاومة الحرارة

تظهر TPV تحمل درجة حرارة متفوقة (- 60 °C إلى 135 °C الاستخدام المستمر ، مع استمرارية قصيرة الأجل تصل إلى 150 °C.مع تصنيفات خاصة تصل إلى 140 درجة مئوية)، في حين أن TPE القياسية تظهر استقرار حراري محدود (- 50 °C إلى 80 °C).

أساليب المعالجة

تستوعب جميع المواد الثلاث تقنيات المعالجة الحرارية مثل صب الحقن والطحن ، على الرغم من أن TPV تتطلب عموماً درجات حرارة معالجة أعلى.

مقارنة الأداء الميكانيكي

الخصائص الميكانيكية تؤثر بشكل حاسم على اختيار الاستومر. TPE و TPV و TPU يظهرون اختلافات كبيرة في قوة الشد والطول والضغط ،تؤثر مباشرة على مدى ملاءمتها للتطبيق.

قوة الشد والطول

TPU عادة ما تقود في قوة الشد (20-50 MPa) مع إطالة معتدلة (300-600٪). TPV يظهر قوة الشد المتوسطة (5-15 MPa مع إطالة جيدة (200-500٪).في حين أن TPE عادةً ما يقدم قوة سحب أقل (3-10 MPa) ولكن بعض الصيغ تتجاوز 1000٪ من التمدد.

مجموعة الضغط

تتفوق TPV في مقاومة مجموعة الضغط (20-40٪) ، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الختم طويلة الأجل. تظهر TPU أداءً متوسطًا (30-50٪) ،مع TPE القياسية التي تظهر نتائج أسوأ نسبياً (40-70٪).

المقاومة للاستعمال

مقاومة TPU للكشط تتجاوز المطاط التقليدي بمقدار 5-10 مرات ، مع TPV تظهر تحسنًا 3-5 مرات. يؤدي TPE أداءً مقارنًا بالمطاط القياسي أو أفضل قليلاً.تقود TPU مرة أخرى (50-100 kN/m)، تليها TPV (20-50 kN/m) ، مع TPE تظهر أدنى القيم (10-30 kN/m).

مقاومة البيئة

التسامح البيئي يؤثر بشكل كبير على عمر المواد في ظل الظروف القاسية ، بما في ذلك مقاومة درجة الحرارة والتوافق الكيميائي والقدرة على مقاومة الطقس (مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والأوزون).

المقاومة الكيميائية

مقاومة الطقس

يظهر TPV مقاومة ممتازة للأجواء ، مع عمر الخدمة في الهواء الطلق يتجاوز 10 سنوات. TPU يميل إلى الصفراء وتتدهور تحت التعرض للموجات فوق البنفسجية لفترة طويلة ،في حين أن مقاومة TPE للطقس تختلف حسب الصياغة، مع TPE الستيرينيك يظهر أداء أسوأ بشكل عام.

خصائص المعالجة واعتبارات التكلفة

تغيرات في درجة حرارة الذوبان، وتقلص القالب، ومتطلبات التجفيف،وتؤثر التكلفة مباشرة على كفاءة الإنتاج واقتصاد المنتج النهائي.

معايير المعالجة

• نطاق درجة حرارة الذوبان:TPV: 180-230°C ؛ TPU: 170-220°C ؛ TPE: 150-200°C
• تقليص الشكل:TPU: 0.8-1.5%؛ TPV: 1.2-2.0%؛ TPE: 1.5-3.0%
• متطلبات التجفيف:يتطلب TPU تجفيفًا صارمًا (<0.02٪ رطوبة) ؛ TPV / TPE غير حساس للرطوبة

عوامل التكلفة

بالنسبة للدرجات العامة ، عادة ما يبلغ TPU أعلى سعر (3.5-6 دولار / كجم) ، و TPV يحتل النطاق المتوسط (2.5-4.5 دولار / كجم) ، في حين أن TPE لا يزال الأكثر اقتصاداً (2-3.5 دولار / كجم). تختلف كفاءة الإنتاج ،مع تبريد TPE أسرع لفترات دورة أقصر، في حين أن TPU يتطلب أوقات احتجاز طويلة وتبريد أبطأ.

مجالات التطبيق

كل مادة لديها مجالات تطبيق مميزة مبنية على خصائص أداء فريدة.

تطبيقات TPE

• السلع الاستهلاكية: مقبضات فرشاة الأسنان، مقبضات الحلاقة، ألعاب
• الإلكترونيات: غطاء الهاتف، كابلات سماعات الرأس
• طبية: أقنعة التنفس، أنابيب IV، قسامات
• التعبئة والتغليف: أغلفة حاويات الأغذية، علب السحب

تطبيقات TPV

• السيارات: أحذية الغبار، أغطية النوافذ، قنوات الهواء
• الصناعية: أنابيب مقاومة للمواد الكيميائية، أحزمة نقل، غطاء
• البناء: أغطية الأبواب / النوافذ ، أغشية السقف

تطبيقات TPU

• الصناعة: الأختام الهيدروليكية، الشاشات التعدينية، الأحزمة النقلية
• المستهلك: أقدام الأحذية والمعدات الرياضية ومكونات الأمتعة
• الإلكترونيات: غطاء الكابلات، مروحة الطائرات بدون طيار
• طبية: صمامات قلب اصطناعية، أجهزة تقويم

إطار اختيار المواد

عند الاختيار من بين هذه المواد ، ضع في اعتبارك إطار صنع القرار التالي:

متطلبات الأداء الرئيسية

• مقاومة درجات الحرارة العالية (> 100°C) ؟
• المقاومة الاستثنائية للارتداء؟
• هل الشعور باللمس الناعم مهم؟ → يفضل TPE

العوامل البيئية

• التعرض للخارج أو التعامل مع الزيت؟ → TPV
• هل هناك حاجة إلى تعقيم متكرر؟
• التعرض للمذيب القطبي؟ → تجنب TPU

قيود المعالجة

• أجزاء معقدة ذات جدران رقيقة؟
• حدود درجة حرارة المعدات؟ → اختر معالجة TPE في درجات حرارة أقل
• المعالجة الثانوية (مثل اللحام) ؟

اعتبارات اقتصادية واستدامة

• الميزانية المحدودة؟ → TPE الأكثر اقتصادية
• إعادة التدوير حاسمة؟ → جميع المواد قابلة لإعادة التدوير، TPE أسهل
• هل من الضروري تمديد عمر الخدمة؟ → قد تكون TPU أو TPV أكثر فعالية من حيث التكلفة