مطاط لدن حراري
اللدائن الحرارية المرنة ( TPE )، والتي يشار إليها أحيانًا باسم المطاطات الحرارية المرنة ( TPR )، هي فئة من البوليمرات المشتركة أو مزيج فيزيائي من البوليمرات (عادةً ما يكون بلاستيكًا ومطاطًا) تتكون من مواد ذات خصائص حرارية مرنة .
بينما تُصنّف معظم المواد المطاطية ضمن المواد المتصلبة حراريًا ، فإن المواد المطاطية الحرارية ليست كذلك، مما يجعلها سهلة الاستخدام نسبيًا في التصنيع، على سبيل المثال، عن طريق قولبة الحقن . وتُظهر المواد المطاطية الحرارية مزايا نموذجية لكل من المواد المطاطية والبلاستيكية. وتكمن فائدة استخدام المواد المطاطية الحرارية في قدرتها على التمدد إلى استطالات معتدلة والعودة إلى شكلها الأصلي تقريبًا، مما يُطيل عمرها ويُحسّن نطاق خصائصها الفيزيائية مقارنةً بالمواد الأخرى. [ 1 ]
يتمثل الاختلاف الرئيسي بين المطاطات المتصلبة حرارياً والمطاطات اللدائنية الحرارية في نوع الرابطة المتشابكة في بنيتها. في الواقع، يُعد التشابك عاملاً بنيوياً حاسماً يُكسبها خصائص مرنة عالية.
المطاط اللدائني الحراري: مطاط يتكون من شبكة قابلة للانعكاس الحراري. [ 2 ]
الأنواع
توجد ست فئات عامة من المواد البلاستيكية الحرارية التجارية (التسميات وفقًا لمعيار ISO 18064) بالإضافة إلى فئة واحدة غير مصنفة:
- البوليمرات المشتركة الستايرينية، TPS (TPE-s)
- البوليمرات البلاستيكية الحرارية من نوع البولي أوليفين ، TPO (TPE-o)
- المواد البلاستيكية الحرارية المتصلبة ، TPV (TPE-v أو TPV)
- البولي يوريثان الحراري ، TPU (TPU)
- كوبوليستر حراري بلاستيكي، TPC (TPE-E)
- البولي أميدات الحرارية، TPA (TPE-A)
- مطاطات لدن حراري غير مصنفة، TPZ
أمثلة
- تشمل مواد TPE التي تنتمي إلى مجموعة البوليمرات المتجانسة CAWITON† وMELIFLEX وTHERMOLAST K† وTHERMOLAST M† وChemiton وArnitel وHytrel وDryflex† وMedeprene و Kraton وPibiflex وSofprene† وTuftec† وLaprene†. † تشير إلى البوليمرات المتجانسة الستايرينية (TPE-s).
- Laripur و Desmopan و Estane و Texin و Elastollan هي أمثلة على البولي يوريثان الحراري (TPU).
- Sarlink و Santoprene و Termoton و Solprene و THERMOLAST V و Vegaprene و [ 3 ] و Forprene هي أمثلة على مواد TPV.
- من أمثلة مركبات اللدائن الحرارية الأوليفينية (TPO) مركبات For-Tec E أو Engage. أما Ninjaflex فتُستخدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد .
معايير اللدائن الحرارية المرنة
لكي تُصنف المادة على أنها مطاط حراري لدن، يجب أن تمتلك هذه الخصائص الأساسية الثلاث: [ 4 ]
- القدرة على التمدد إلى استطالات معتدلة، وعند إزالة الضغط، العودة إلى شكل قريب من شكله الأصلي
- يمكن معالجتها كمصهور عند درجة حرارة مرتفعة
- عدم وجود زحف ملحوظ
تاريخ
أصبح المطاط الحراري اللدائني (TPE) واقعًا تجاريًا مع توفر بوليمرات البولي يوريثان الحرارية في خمسينيات القرن الماضي. وخلال ستينيات القرن نفسه، أصبح كوبوليمر الستايرين متاحًا، وفي سبعينيات القرن نفسه، ظهرت مجموعة واسعة من أنواع المطاط الحراري اللدائني. ويتزايد استخدام المطاط الحراري اللدائني عالميًا (680 ألف طن سنويًا في عام 1990) بنسبة تسعة بالمئة سنويًا تقريبًا.
البنية المجهرية
تتميز مواد الستايرين-بوتادين ببنية مجهرية ثنائية الطور نتيجةً لعدم التوافق بين كتل البوليسترين والبوليبوتادين ، حيث تنفصل الأولى إلى كرات أو قضبان تبعًا للتركيب الدقيق. عند انخفاض محتوى البوليسترين، تكون المادة مرنةً وتطغى عليها خصائص البوليبوتادين. وبشكل عام، توفر هذه المواد نطاقًا أوسع بكثير من الخصائص مقارنةً بالمطاطات المتشابكة التقليدية، نظرًا لإمكانية تغيير تركيبها بما يتناسب مع أهداف التصنيع النهائية.
يمكن أن تنفصل البوليمرات المتجانسة على المستوى الميكروي لتكوين بنى نانوية دورية، كما هو الحال في البوليمر المتجانس ستايرين-بوتادين-ستايرين (SBS) (الموضح على اليمين). يُعرف هذا البوليمر باسم كراتون ، ويُستخدم في صناعة نعال الأحذية والمواد اللاصقة . ونظرًا لبنيته الميكروية الدقيقة، استُخدم مجهر إلكتروني نافذ (TEM) لفحص هذه البنية. وقد صُبغت مصفوفة البوتادين برابع أكسيد الأوزميوم لتحسين تباين الصورة.
صُنعت المادة بتقنية البلمرة الحية، ما جعل الكتل متجانسة الحجم تقريبًا ، وبالتالي ساهم في تكوين بنية مجهرية منتظمة للغاية. يبلغ الوزن الجزيئي لكتل البوليسترين في الصورة الرئيسية 102,000، بينما يبلغ في الصورة المصغرة 91,000، ما ينتج عنه نطاقات أصغر قليلًا. وقد تم تأكيد المسافة بين النطاقات باستخدام تقنية تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة ، وهي تقنية توفر معلومات حول البنية المجهرية . ولأن معظم البوليمرات غير متوافقة مع بعضها، فإن تكوين بوليمر كتلي يؤدي عادةً إلى انفصال طوري، وقد استُغل هذا المبدأ على نطاق واسع منذ ظهور بوليمرات SBS الكتلية، خاصةً عندما تكون إحدى الكتل عالية التبلور. ومن الاستثناءات على قاعدة عدم التوافق مادة نوريل ، حيث يشكل البوليسترين وأكسيد البولي فينيلين (PPO) مزيجًا متصلًا.
تحتوي أنواع أخرى من المطاطات الحرارية المرنة (TPEs) على نطاقات بلورية حيث تتبلور أنواع مختلفة من الوحدات البنائية مع وحدات أخرى في سلاسل متجاورة، كما هو الحال في مطاطات البوليستر المشترك، مما يحقق نفس التأثير الذي تحققه بوليمرات SBS. وبحسب طول الوحدة البنائية، تكون هذه النطاقات أكثر استقرارًا بشكل عام نظرًا لارتفاع درجة انصهار البلورات . وتحدد هذه الدرجة درجات حرارة المعالجة اللازمة لتشكيل المادة، بالإضافة إلى درجات حرارة الاستخدام النهائي للمنتج. ومن هذه المواد: هايتريل، وهو بوليمر مشترك من البوليستر والبولي إيثر، وبيباكس ، وهو بوليمر مشترك من النايلون أو البولي أميد والبولي إيثر.
المزايا
تتميز المواد البلاستيكية الحرارية المرنة (TPEs) بخصائص حرارية فائقة وثبات مادي ممتاز عند تعرضها لنطاق واسع من درجات الحرارة والمواد غير القطبية، وذلك تبعًا للبيئة المحيطة. [ 1 ] تستهلك هذه المواد طاقة أقل في الإنتاج، ويمكن تلوينها بسهولة باستخدام معظم الأصباغ، كما تتيح مراقبة الجودة بكفاءة اقتصادية. لا تتطلب هذه المواد عمليات خلط معقدة، ولا حاجة لإضافة مواد تقوية أو مثبتات أو أنظمة معالجة. وبالتالي، تنعدم الاختلافات بين الدفعات في وزن وقياس المكونات، مما يؤدي إلى تحسين اتساق كل من المواد الخام والمنتجات المصنعة. تتمتع مواد TPE بإمكانية إعادة التدوير نظرًا لإمكانية تشكيلها وبثقها وإعادة استخدامها مثل البلاستيك، ولكنها تتميز بخصائص مرنة نموذجية للمطاط غير القابل لإعادة التدوير بسبب خصائصه الحرارية. كما يمكن طحنها وتحويلها إلى خيوط طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام روبوت إعادة التدوير .
يعالج
تُعدّ طريقتان أساسيتان لتصنيع اللدائن الحرارية المرنة (TPEs): البثق والقولبة بالحقن. ويمكن الآن طباعة هذه اللدائن بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وقد أثبتت جدواها الاقتصادية في إنتاج المنتجات باستخدام التصنيع الموزع . [ 5 ] [ 6 ] أما القولبة بالضغط فنادرًا ما تُستخدم، إن لم يكن معدومًا. وتتميز عملية التصنيع بالقولبة بالحقن بالسرعة الفائقة والتكلفة الاقتصادية العالية. وتُعدّ المعدات والأساليب المستخدمة عادةً في بثق أو قولبة الحقن لللدائن الحرارية التقليدية مناسبة عمومًا لللدائن الحرارية المرنة. كما يمكن معالجة هذه اللدائن بالنفخ ، والتشكيل بالصهر، [ 7 ] والتشكيل الحراري ، واللحام الحراري .
التطبيقات
تُستخدم اللدائن الحرارية المرنة (TPEs) في التطبيقات التي لا توفر فيها اللدائن التقليدية نطاق الخصائص الفيزيائية المطلوبة للمنتج. وتجد هذه المواد تطبيقات واسعة في قطاع السيارات والأجهزة المنزلية. فعلى سبيل المثال، تُستخدم لدائن TPEs المصنوعة من البوليستر المشترك في مسارات عربات الثلج حيث تُعد الصلابة ومقاومة التآكل من المتطلبات الأساسية. كما يتزايد استخدام الأوليفينات الحرارية المرنة (TPO) كمادة لتغطية الأسقف. [ 8 ] وتُستخدم لدائن TPEs على نطاق واسع في صناعة القسطرة، حيث توفر بوليمرات النايلون المتجانسة نطاقًا واسعًا من الليونة المثالية للمرضى. وتُستخدم مزيجات السيليكون والأوليفينات الحرارية المرنة في بثق أنابيب الألياف الزجاجية وقطاعات منع تسرب الهواء الديناميكية للسيارات. وتُستخدم بوليمرات الستايرين المتجانسة في نعال الأحذية لسهولة معالجتها، كما تُستخدم على نطاق واسع كمواد لاصقة.
بفضل قدراتها الفريدة في قولبة الحقن ثنائية المكونات على ركائز لدن حراري متنوعة، تغطي مواد TPS المُهندسة نطاقًا واسعًا من التطبيقات التقنية، بدءًا من سوق السيارات وصولًا إلى المنتجات الاستهلاكية والطبية. ومن أمثلة هذه التطبيقات: أسطح المقابض الناعمة، وعناصر التصميم، والمفاتيح والأسطح ذات الإضاءة الخلفية، بالإضافة إلى مواد منع التسرب، والحشيات، وعناصر التخميد. يُستخدم TPE بشكل شائع في صناعة جلبات التعليق لتطبيقات أداء السيارات نظرًا لمقاومته العالية للتشوه مقارنةً بجلبات المطاط العادية. ويمكن الآن تطبيق أحدث التقنيات على دواسات أرضيات السيارات، ومكونات لوحة القيادة، والمصدات، والأسطح الداخلية الناعمة الملمس، وموجهات الهواء. [ 9 ] شهدت المواد اللدنة الحرارية نموًا في صناعة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ( HVAC ) نظرًا لوظائفها، وفعاليتها من حيث التكلفة، وقابليتها للتكيف مع تعديل الراتنجات البلاستيكية لتصنيع مجموعة متنوعة من الأغطية والمراوح والهياكل.
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 ليفينسالور، أليكس. "فوائد مادة الهايتريل في الأحزمة الحديثة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28-10-2016 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-10-2016 .
- ↑ أليمان، جيه في؛ تشادويك، إيه في؛ هي، جيه؛ هيس، إم؛ هوري، كيه؛ جونز، آر جي؛ كراتوشفيل، بي؛ ميسيل، آي؛ ميتا، آي؛ مواد، جي؛ بينكزيك، إس؛ ستيبتو، آر إف تي (1 يناير 2007). "تعريفات المصطلحات المتعلقة ببنية ومعالجة المحاليل الغروية، والهلاميات، والشبكات، والمواد الهجينة غير العضوية-العضوية (توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية 2007)" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 79 (10): 1801-1829 . doi : 10.1351/pac200779101801 . S2CID 97620232 .
- ↑ "الابتكار في المواد" . www.hutchinson.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 مارس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 فبراير 2017 .
- ↑ "اللدائن الحرارية المرنة (TPEs): دليل شامل" . أومنيكسس . سبيشال كيم . تم الاطلاع عليه في 1 يناير 2024 .
- ↑ وورن، أوبراي ل.؛ بيرس، جوشوا م. (30-10-2017). "التصنيع الموزع للمنتجات المرنة: الجدوى التقنية والجدوى الاقتصادية" . التقنيات . 5 (4): 71. doi : 10.3390/technologies5040071 .
- ↑ "هل يستحق خيط الطباعة ثلاثية الأبعاد المرن الاستثمار؟ | 3DPrint.com | صوت الطباعة ثلاثية الأبعاد / التصنيع الإضافي" . 3dprint.com . 30 أكتوبر 2017. تاريخ الاطلاع: 10 مارس 2018 .
- ↑ "طرق معالجة اللدائن الحرارية المرنة - مقدمة" . www.tut.fi. تاريخ الاسترجاع: 27-10-2016 .
- ↑ "ASTM D6878 / D6878M - 17 المواصفة القياسية لألواح التسقيف المصنوعة من البولي أوليفين الحراري" . www.astm.org . تاريخ الاطلاع: 18 مارس 2018 .
- ↑ "المطاطات الحرارية العالمية: سوق السيارات" .
للمزيد من القراءة
- PR Lewis and C Price, Polymer , 13, 20 (1972)
- موسوعة البلاستيك الحديث، عدد منتصف أكتوبر، مقدمة عن اللدائن الحرارية المرنة، الصفحات: 109-110
- أحدث التطورات في المواد والتكنولوجيا للملابس الرياضية ، (جوان يب، 2020، الصفحات 66-67)
- اللدائن الحرارية المرنة
- المواد الحيوية
- البوليمرات